KR20170055954A - 진공 증류 장치 - Google Patents

Abstract

종자물의 공급으로부터 처리수를 생성하기 위한 진공 증류 장치는 종자물을 수용하며 증발시키기 위한 증발 챔버와, 증발 챔버에 열을 공급하기 위한 열원과, 증발 종자물을 수용하며 응축시키기 위해 증발 챔버와 유체 연통하는 응축 챔버와, 종자물의 증발을 촉진하기 위해 증발 챔버와 연통하는 압력 감소부, 그리고 응축 챔버의 내부에 배치되어 증발 종자물의 응축이 이루어질 수 있도록 하며 처리수 배출구에서의 포집을 위해 응축 증기를 이송하도록 배치되는 적어도 하나의 냉각 부재를 포함한다.

Description

진공 증류 장치{VACUUM DISTILLATION APPARATUS}

본 발명은 정화, 오염 제거, 재생, 또는 염분 제거 및 그외 다른 유사한 처리를 목적으로 한 물의 진공 증류용 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는, 예를 들어, 오염 광산이나 산업용 폐수의 정화 및 재생( 그리고 이후의 재사용)에 있어서 그리고 또한 음용 가능한 식수의 생산을 위한 해수 및 염수의 염분 제거에 있어서 특정한 용도를 발견할 것으로 예상된다.

물은 물을 끓여 수증기를 생성하는 공정에 의해 증류될 수 있다. 증기에는 실질적으로 염분 및 그외 다른 오염 물질이 없어, 적절한 방식으로 처리되어 제거되는 염분이나 그외 다른 오염 물질의 농축 폐액(소금물)을 남기면서 실질적으로 염분이 없는 음용 가능한 식수나 오염되지 않은 정수를 생성하기 위한 증기의 이후의 응축을 허용한다.

이러한 공정의 효율은, 물의 끓는점을 낮추며 이에 따라 에너지 요건을 낮추기 위하여, 물 위의 압력을 증기압 미만(대기압 미만)으로 감소시킴으로써 향상될 수 있다. 그러나, 물론, 진공 하에서의 시스템의 작동 상의 복잡성 및 추가 비용과 더 낮은 온도에서의 작동을 통해 유효한 비용상의 개선점 및 효율이 균형을 이루어야 한다.

이러한 시스템의 다른 이점은, 시스템이 증기의 압력을 증가시키며 이에 따라 증기의 온도를 증가시키기 위한 증기 라인으로의 압축기의 도입을 허용함으로써, 증기에 저장된 열이 물을 끓이기 위한 열원으로서 사용될 수 있도록 한다는 점이다. 사실, 물을 끓이기 위해 증기로부터 열이 추출됨에 따라, 증기가 응축되어 열을 방출할 수 있어, 정화 처리된, 오염 제거 처리된, 재생 처리된 물 또는 음용 가능한 식수의 생산 및 추가 처리를 위한 상당히 에너지 효율적인 공정이 제공된다.

본 발명의 목적은 개선된 진공 증류 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 공급 종자물로부터 처리수를 생성하기 위한 진공 증류 장치로서, 하측부와 상측부를 구비하며, 또한 응축 탱크를 중심으로 적어도 부분적으로 배치되는 진공 증발 챔버를 구비한 증류 탱크와, 상기 증발 챔버와 유체 연통하는 종자물 주입구와, 상기 증발 챔버의 상측부와 유체 연통하는 포화 증기 배출구와, 상기 포화 증기의 과열을 위해 상기 포화 증기 배출구로부터 압축기로 포화 증기를 이송하며, 과열 증기를 상기 응축 탱크 상측부의 팽창부로 이송하기 위한 증기 라인, 그리고 처리수 저장조를 구비한 응축 챔버를 포함하는 상기 응축 탱크를 포함하며, 사용 시에, 과열 증기가 팽창부에서 나오면 응축되어, 응축수가 응축 챔버로부터 처리수 저장조로 하방으로 유동하여 처리수를 형성하며, 응축 과열 증기와 응축수로부터 상기 응축 탱크를 통해 증발 챔버로 열이 전달되어 증발 챔버 내의 종자물을 가열하여 포화 증기를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치를 제공한다.

본 명세서 전체에 걸쳐, 용어 "종자물(seed water)"은 장치에 의해 처리되는 공급 물(바닷물, 염수, 또는 채광 장소로부터의 폐수)을 설명하기 위해 사용되며, 용어 "처리수(treated water)"는 장치에 의해 생성된 물(음용 가능한 또는 정수된 물 등)을 설명하기 위해 사용된다. 용어 "총 용존 고형물(Total Dissolved Solid(TDS))"은 여기서 물에 용해되어 있는 광물, 염분, 금속, 양이온 또는 음이온의 양을 설명하기 위해 사용되지만, 물에 용해되거나 침전되지 않은 입자 또는 물질인 물에 용해되거나 부유 고형물을 포함하지 않는다. 염수는 총 용존 고형물의 양인 리터당(ppt) 염분의 양이 0.5g 내지 15g인 물을 말하는 반면, 바닷물은 보통 리터당(ppt) 염분의 양이 15g 내지 50g이고, 오염된 물은 총 용존 고형물의 레벨이 리터당(ppt) 50g을 초과할 수 있다.

전술한 바와 같이, 증류 탱크는 응축 탱크를 중심으로 적어도 부분적으로 배치되는 진공 증발 챔버를 포함하여, 이상적으로는 응축 탱크의 전체 표면적이 증발 챔버 내부의 물 및 증기와 접촉 가능할 수 있도록 되어 있다. 일 형태에서, 증류 탱크는 수직 원통형 탱크이며, 증발 챔버는 증발 챔버 내부에 축 방향으로 배열되는 원통형 응축 컬럼(column) 형태의 응축 탱크를 중심으로 배치되는 환형 증발 챔버이다. 이러한 형태에서, 증발 챔버는 증발 챔버와 접촉하는 응축 탱크의 표면적으로 최대화하도록 응축 탱크를 완전히 에워싼다.

다른 형태에서, 상기 증류 탱크는 정방형 또는 장방향 외부 탱크이며, 상기 응축 탱크는 유사한 형상을 가지지만 더 작은 내부 탱크이고, 이들 내외부 탱크 사이의 공간이 상기 증발 챔버를 획정한다. 이러한 형태에서, 응축 탱크는 단지 양 측면만 더 작을 수도 있어, 증발 챔버가 실제로 응축 탱크의 양측에 하나씩 두 개의 챔버에 의해 제공된다. 이러한 유형의 장치는 증발 챔버가 응축 탱크를 "중심으로 적어도 부분적으로" 마련되도록 하기 위한 요건을 충족하는 것으로 예상된다.

바람직한 형태에서, 증발 챔버는 소망하는 처리량의 종자물의 처리를 허용하기에 충분할 만큼 크지만, 큰 체적의 종자물의 가열에 필요한 에너지 소비를 방지하기에 충분할 정도로 작은 크기로 형성된다. 이러한 관점에서, 본 발명의 장치의 대부분의 실시예는 증발 챔버의 폭이 100 mm 내지 1000 mm의 범위이면 충분할 것으로 예상되며(증류 탱크가 원통형인지 또는 정방형/장병형인지와 상관 없이, 그리고 장치의 높이 및 증류 탱크와 응축 탱크의 상대적인 크기와 상관 없이), 이러한 폭은 응축 탱크와 증류 탱크 사이의 증발 챔버의 거리이다. 바람직한 형태에서, 이 폭은 200 mm 내지 600 mm의 범위이며, 또는 더 바람직하게는 200 mm 내지 400 mm의 범위이다.

바람직하게는, 증류 탱크는 하측부에서 개방되어 있으며, 종자물 공급 저장조의 내부에 안착되어 있고, 응축 탱크는 증발 챔버의 내부에서 증류 탱크의 실질적으로 전체 높이에 걸쳐 연장되며, 응축 탱크 자체는 증발 챔버로부터 밀봉되어 있으며 상측 벽과 하측 벽을 구비한다. 따라서, 증류 탱크의 하측부는 저장조 내부의 종자물에 의해 대기에 대해 밀봉됨으로써, 증발 챔버 내측의 진공에 의한 작동 동안 응축 탱크를 중심으로 증발 챔버의 하측 부분 내측에서 위로 견인되어, 증류 탱크 내측에 종자물 컬럼을 생성한다. 이러한 형태에서, 종자물 주입구는 종자물 공급 저장조의 내부에 직접 안착되어 있는 증류 탱크의 하측부의 개방 단부에 의해 제공되며, 종자물 공급 저장조는 천연 저장조(호수, 폐수 또는 환원물 연못 또는 대양)일 수도 있고, 또는 원거리에 위치한 종자물 공급원으로부터 펌프에 의해 종자물이 공급될 수도 있다.

변형예에서, 증류 탱크의 하측부는 증류 탱크의 하측 벽에 의해 밀봉될 수도 있으며, 어느 적당한 형태의 종자물 주입구에 의해 종자물이 상기 증발 챔버로 공급될 수도 있고, 종자물 주입구는 증발 챔버의 상측 또는 하측에 배치되며, 또는 상측과 하측 사이의 어느 위치에 배치된다. 바람직한 형태에서, 종자물 주입구가 증발 챔버의 하측에 배치된다.

본 발명의 일 형태에서, 장치는 증류 탱크의 내부에, 상기 응축 탱크의 외부로부터 상기 증류 탱크의 내부를 향해 또는 증류 탱크의 내부로 반경 방향으로 연장되는, 또는 상기 증류 탱크의 내부로부터 상기 응축 탱크의 외부를 향해 또는 상기 응축 탱크의 외부로 반경 방향으로 연장되는 복수 개의 열 교환 웨브(web)를 포함할 수도 있다. 이러한 웨브는 플랜지, 휜, 플레이트 등의 형태로 형성될 수도 있으며, 직선형, 곡선형 또는 축 방향으로 또는 반경 방향으로 경사질 수도 있다. 이러한 웨브는 증류 탱크의 외면으로부터 종자물로의 그리고 응축 챔버로부터 종자물로의 열 전달을 돕는다. 또한, 웨브는 증류 탱크용의 구조적 지지부로서 작용하여, 증류 탱크가 구조적으로 완전해지도록 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 장치는 포화 증기의 과열을 위해 상기 증발 챔버의 포화 증기 배출구로부터 압축기로 포화 증기를 이송하며, 과열 증기를 상기 응축 탱크 상측부의 팽창부로 이송하기 위한 증기 라인을 포함한다. 일 형태에서, 압축기는 증류 탱크의 상측부에 또는 그 부근에 배치될 수도 있으며, 이러한 구조는 증류 탱크의 외측에 증기 라인을 배치하기에 유리하여, 증기 라인의 길이를 감소시킬 수 있으며 팽창부 이전 증기 라인에서 응축(압축기의 어느 일 측에서의 증기 온도 강하에 의해 발생)이 시작될 가능성을 줄일 수 있다.

이러한 관점에서, 응축 탱크로부터 종자물로 전달될 수 있는 열을 최대화하며 또한 응축수(처리수)의 포획을 최대화하기 위하여, 과열 증기가 응축 챔버의 상측의 팽창부에서 배출되는 경우에만 응축이 시작되는 것이 바람직함을 알 수 있다. 사실, 이에 따라 증기 라인으로부터의 열 손실을 방지하기 위해 증기 라인이 단열 증기 라인인 것이 바람직함을 알 수 있다.

그러나, 증류 탱크가 수직 원통형 탱크인 실시예에서는, 이러한 실시예의 증류 탱크의 높이가 15m 내지 20m 이상의 범위일 가능성이 있으며 이에 따라 이러한 구조물의 상측에서 압축기를 지지하기가 어려운 점을 고려하면, 압축기가 증류 탱크의 하측에 또는 하측을 향해 배치되는 것이 보다 바람직한 것으로 예상된다. 이러한 형태에서, 증기 라인은 증류 탱크의 상측부로부터 외부에서 하측으로 증류 탱크의 하측이나 그 부근의 압축기까지 연장되어, 응축 탱크 상측의 팽창부로 다시 위쪽으로 연장된다. 이러한 형태에서, 증기 라인은 증류 탱크의 외부에서 하방으로(압축기까지) 연장하지만, 증발 챔버의 내부에서, 응축 챔버의 내부에서, 또는 증류 탱크나 응축 탱크의 벽 중 하나의 내부에서(일체형 부분으로서) 상방으로(압축기로부터) 연장하도록 배치될 수도 있다. 이러한 일 형태에서, 증기 라인은 응축 챔버의 내부에서 상방으로 연장될 수도 있으며, 응축 챔버의 내부에서 실질적으로 중앙으로(축 방향으로) 구성될 수도 있어, 응축 탱크용의 구조적 지지부가 제공될 수 있도록 한다.

과열 증기가 응축 탱크의 팽창부로부터 배출되면 응축됨으로써, 응축수가 응축 챔버에서 하향 유동하여 처리수 저장조 내에 처리수를 형성한다. 일 형태에서, 팽창부는 단지 증기 라인의 개방 배출구이며, 배출구는 상기 응축 챔버로 하방으로 배향되는 아치형 노즐의 형태로 형성된다.

모든 형태에서, 응축 탱크는 팽창부에서 나오는 응축 과열 증기 및 응축 챔버에서 하방으로 유동하는 응축수로부터의 열의 전달을 허용하는 열 교환기로서 기능하며, 종자물을 끓여 포화 증기를 형성하기 위하여 증발 챔버를 가열하도록 응축 챔버로부터 응축 탱크의 벽을 통해 증발 챔버로 열 전달이 발생함을 알 수 있다. 응축 과열 증기의 온도가 최대가 되는 장치의 상측으로 갈수록 이러한 열 전달의 더 많은 부분이 발생하며, 열 전달은 장치의 높이 방향으로 아래로 갈수록 감소한다.

이러한 장치의 장점은, 종자물 표면 위쪽의 증기가 더 높은 온도에 노출되어, 종자물의 대부분을 가열하기 위해 에너지를 낭비하지 않고 종자물 표면으로부터 증발이 이루어질 수 있도록 한다는 점이다.

다른 바람직한 형태에서, 복수 개의 열 교환 웨브가 또한, 응축 챔버 내부에 제공되어, 상기 증기 라인의 외부로부터 상기 응축 챔버를 통해 상기 응축 컬럼의 벽 내부를 향해 또는 응축 컬럼의 벽 내부로 반경 방향으로 연장될 수도 있다. 변형예로서, 증기 라인이 응축 챔버의 내부에 위치하지 않은 경우에는, 이러한 웨브가 응축 챔버의 내부 벽으로부터 반경 방향 내측으로 연장될 수도 있다. 플랜지, 휜, 플레이트 등의 형태일 수도 있으며 응축 챔버에서 하방으로의 응축수의 유동을 돕도록 직선형, 곡선형 및/또는 축 방향으로 또는 반경 방향으로 경사질 수도 있는 이러한 웨브는 과열 증기로부터 종자물로의 열 전달을 돕는다.

추가로, 이러한 웨브는 응축 챔버 내부의 증기 라인용 지지부를 제공하여, 바람직한 형태의 증발 챔버와 유사하게 환형 챔버로서 응축 챔버를 획정하도록 바람직하게는 응축 챔버 내부에서 증기 라인을 축 방향으로 지지할 수도 있다.

또 다른 형태에서, 응축 탱크의 하측 단부에서, 상기 증기 라인은, 장치가 시동 모드에 있으며 작동 조건에 도달하는 동안, 증기 라인에 형성되는 응축물의 포집을 위한 "u-자형 튜브" 또는 소형 탱크를 포함하도록 배치될 수도 있다.

과열 증기로부터 응축된 후 처리수가 내부에 고인 응축 챔버의 하측 부분인 처리수 저장조는, 바람직하게는, 저장조로부터의 처리수의 제거를 허용하는 처리수 배출구를 포함한다. 바람직한 형태에서, 처리수 배출구는 종자물 레벨 위의 높이에서 상기 증발 챔버 내부의 종자물을 통해 그리고 상기 증류 탱크의 외부 벽을 통해 상기 응축 탱크로부터 연장되는 튜브이다. 종자물을 통과함으로써, 처리수에 남아 있는 열이 종자물로 이상적으로 전달되어, 전술한 유형의 증발이 이루어지기 이전의 물의 가열을 돕는다.

또한, 이러한 구성의 처리수 배출 튜브는 처리수가, 예를 들어, 하향류로부터 응축 챔버로 들어가는 물질을 차단하기 위한 밸브로서 작용하도록 함으로써, 장치가 추가의 기계적 밸브 없이도 개방 시스템으로서 작동할 수 있도록 한다.

또한, 처리수 배출 튜브의 내부에서, 가스가 자연적으로 처리수를 통과하여 통풍 배출구 또는 부착된 입자형 탄소 필터 등과 같은 장치를 통해 추출됨에 따라 추출 가능한 가스에 의해 가스 제거 공정이 개시될 수 있다.

본 발명의 장치는 또한, 열 교환 가속부를 포함할 수도 있다. 일 형태에서, 열 교환 가속부는 상기 종자물 저장조로부터의 물을 수용할 수 있는 워터 재킷(water jacket)일 수 있으며, 이러한 재킷은 재킷의 외부가 상기 증류 탱크의 외부(그리고 이에 따라 외부 환경)에 노출되며 재킷의 내부가 상기 증발 챔버에 노출되는 방식으로 상기 증류 탱크의 벽 내부에 또는 증류 탱크의 벽의 일부로서 배열된다.

바람직하게는, 상기 워터 재킷은 이러한 종자물의 증발을 최대화하기 위해, 작동 온도가 가장 높은, 증발 챔버의 상측에 또는 증발 챔버의 상측을 향해 배치된다. 이러한 형태에서, 종자물 저장조로부터의 물은 재킷을 통해 펌핑될 수도 있어, 증발 챔버로부터 이러한 종자물로의 열 전달을 허용할 뿐만 아니라, 증류 탱크 외부로부터 순환 종자물로의 열 전달을 허용하여, 종자물의 가열을 추가로 도울 수도 있다.

워터 재킷은 상 변화(증발) 공정이 이루어질 수 있도록 하기 위해 하강하고 있는 물에 저항을 부여하기 위한 용도의 반투과 재료 또는 메쉬 또는 나선형 코일 등의 재료 형태로 형성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 이러한 형태에서, 열 교환 가속부가 장치에 합체되어 있지 않은 실시예에서는 더 일반적이긴 하지만, 증류 탱크의 외부에 외부 환경으로부터 증발 챔버로의 열 전달을 돕기 위해 보충 열 전달 수단이 마련될 수도 있다. 이러한 보충 열 전달 수단은 증류 탱크의 외면(전체 외면 또는 외면의 단지 일부)에 법선 방식으로 배열되는 일련의 열 전달 휜(fin) 등일 수도 있으며, 또는 가열될 수 있는 외부 표면적을 증가시키도록 작용하는 다른 벽 표면 또는 형상으로 구성될 수도 있다.

예를 들어, 외면에 휜이 아닌 주름부가 형성될 수도 있다. 이러한 관점에서, 본 발명의 장치는 종종, 낮 동안의 온도가 상당히 높은(30℃ 내지 45℃의 범위) 환경에서 사용되어, 장치의 에너지 효율이 증발 챔버 내부의 종자물의 증발 시에 이러한 높은 외부 온도로부터 이익을 얻을 수 있는 것이 일반적으로 유용할 것으로 예상된다.

이상적으로는, 장치가 전술한 열 교환 가속부를 포함하는 경우, 증류 탱크는 적어도 워터 재킷이 제공되어 있는 탱크의 부분을 중심으로 이러한 보충 열 전달 수단을 포함하여, 재킷을 통해 순환하는 종자물의 가열을 돕는다.

종자물 저장조와 관련하여, 이러한 저장조 내에서의 종자물의 염분 함량(또는 그외 다른 오염 물질의 농도)이 증발이 발생함에 따라 증가함을 알 수 있다. 따라서, 장치로부터 종자물의 적어도 일부를 지속적으로 추출하여 신선한 종자물로 교체함으로써 종자물 저장조 내부의 물의 오염 물질 함량이 소망하지 않은 수준까지 증가하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 사실, 본 발명의 형태에 따라, 종자물 저장조의 하측에 축적될 수도 있는 침전 오염 물질(염분 등)을 제거하기 위해 고형 폐기물 추출 시스템을 포함할 필요가 있다. 물론, 본 발명의 장치가 천연 저장조 내부에 직접 안착되는 경우에는 이러한 추출 시스템을 필요로 하지 않을 수도 있다.

사실, 본 발명의 장치는 거의 100%의 고체 소금물(또는 폐기 재료)을 생성하도록 종자물의 처리율을 조정할 수 있다. 그러나, 이것은 이상적인 작동 범위가 아닐 수도 있으며, 80%의 폐기 재료의 회수를 목표로 하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 추출 시스템은 장치로부터 폐기 재료를 추출하는 오거의 형태를 취할 수도 있으며, 또는 필요하다면 추가의 취급 또는 처리를 위한 폐기 재료의 제거용 흡인 또는 펌핑 장치일 수도 있다.

압축기와 관련하여, 본 발명의 장치와 사용되는 압축기가 적당한 에너지 원에 의해 동력을 공급받을 수도 있음을 알 수 있다. 대부분의 형태에서, 에너지원이 태양광 시스템과 같은 재생 가능한 에너지원인 것으로 예상된다. 시스템은 이로만 제한되는 것은 아니지만, 전기, 환경적 열, 태양광, 엔진으로부터의 열, 지열, 천연 가스, 터빈 풍력 발전소, 디젤 및 그외 다른 에너지 또는 열원, 또는 장치의 위치에서 착수한 그외 다른 공정으로부터의 폐열을 포함하는 다수의 공급원에 의해 동력을 제공받으며 가열될 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 장치가 진공 증류 장치이지만, 특정 위치의 외부 온도가 상당히 높은 상황에서는, 초기 진공이 생성된 후, 압축기를 우회하여 증발 챔버로부터 직접 응축 챔버로 이어지는 추가의 증기 라인을 사용함으로써 또는 압축기의 작동을 감소시킴으로써 응축 챔버 내부의 진공을 유지하면서 압축기가 작업을 수행하여야 할 필요성을 감소시킬 수도 있다. 장치가 필요하다면 압축기의 작동을 감시하며 제어하기 위해 적당한 제어 장치 및 바이패스 라인을 포함할 수 있는 것으로 예상된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 공급 종자물로부터 처리수를 생성하기 위한 진공 증류 장치로서, 종자물을 수용하며 증발시키기 위한 증발 챔버와, 상기 증발 챔버에 열을 공급하기 위한 열원과, 증발 종자물을 수용하며 응축시키기 위해 상기 증발 챔버와 유체 연통하는 응축 챔버와, 종자물의 증발을 촉진하기 위해 상기 증발 챔버와 연통하는 압력 감소부, 그리고 응축 챔버 내부에 배치되어 증발 종자물이 응축될 수 있도록 하며, 처리수 배출구에서 포집을 위해 응축 증기를 이송하도록 배치되는 적어도 하나의 냉각 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치가 제공된다.

바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 열원은 상기 증발 챔버 내부의 압력을 감소시키기 위한 수단의 상류의 일 위치에서 상기 응축 챔버의 내부에 배치된다.

바람직하게는, 상기 증발 챔버와 상기 응축 챔버는 공통 벽을 공유하여 서로 열을 전달하도록 되어 있다.

바람직하게는, 장치는 상기 응축 챔버의 기부의 내부에 배치되는 복수 개의 가열 휜을 추가로 포함한다. 바람직한 일 실시예에서, 가열 휜과 냉각 휜은 함께 히트 펌프 회로의 일부를 형성한다.

바람직하게는, 상기 증발 챔버 내부의 압력을 감소시키기 위한 수단은 상기 응축 저장조의 하측부에 배치되며 종자물 공급부로 증기를 재순환시키도록 구성되는 팬(fan)이다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 공급 종자물로부터 처리수를 생성하기 위한 진공 증류 장치로서, 종자물을 수용하며 증발시키기 위한 증발 챔버와, 상기 증발 챔버의 내부에 배치되며 증발 종자물을 수용하기 위해 상기 증발 챔버와 유체 연통하는 개방 상단부를 구비하는 응축 챔버, 그리고 종자물의 증발을 촉진하기 위해 상기 증발 챔버와 연통하는 압력 감소부를 포함하며, 상기 응축 챔버에 들어가는 증기의 응축을 촉진하기 위해 상기 응축 챔버의 상측 부분에 수축부가 제공되는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치가 제공된다.

바람직한 일 형태에서, 상기 수축부는 상기 응축 챔버의 상측 부분에 형성되는 구멍이다.

본 발명과 관련된 일반적인 개념을 간략하게 설명하였지만, 이하, 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예가 설명된다. 그러나, 아래의 설명이 전술한 설명의 일반성을 제한하기 위한 것은 아님을 이해하여야 한다.
첨부 도면에서:
도 1a 및 도 1b는 측면에서 본(도 1a) 그리고 위에서 본 사시도(도 1b)로 도시된, 본 발명에 따른 장치의 바람직한 제 1 실시예의 개략도이고;
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 도 1a 및 도 1b의 제 1 실시예의 하부(도 2a), 중간부(도 2b), 그리고 상부(도 2c)를 도시한 부분 단면도이며;
도 3a 및 도 3b는 일측에서 본(도 3a) 그리고 타측에서 본 사시도(도 3b)로 도시된, 본 발명에 따른 장치의 바람직한 제 2 실시예의 개략도이다.

도 1a, 도 1b, 도 2a, 도 2b 및 도 2c를 참조하면, 본 발명의 진공 증류 장치(10)의 바람직한 제 1 실시예는 하측부(14)와 상측부(16)를 구비한 증류 탱크(12)를 포함하며, 본 실시예에서 탱크(12)는 수직 원통형 탱크이다. 증류 탱크(12)는 응축 탱크(20)를 중심으로 배치되는 진공 증발 챔버(18)를 구비하며, 응축 탱크(20) 자체는 탱크(12)와 동축으로 위치하도록 탱크(12)의 내부 중심에 배치되는 원통형 컬럼이다. 따라서, 본 실시예에서는, 증발 챔버(18)가 축 방향 응축 탱크(20)를 중심으로 배치되는 환형 챔버임을 알 수 있다(도 1b에 더 명확하게 도시됨).

장치(10)는 또한, 증발 챔버(18)와 유체 연통하는 종자물 주입구(22)를 포함한다. 탱크(12)는 하측부(14)에서 개방되어 있으며, 종자물 공급 저장조(24)의 내부에 안착되어 있는 것으로 도시되어 있고, 이 상태에서 응축 탱크(20)는 증발 챔버(18)의 내부에서 탱크(12)의 실질적으로 전체 높이에 걸쳐 연장된다. 사실, 증발 챔버(18)는 상측 벽(28)과 하측 벽(26)에 의해 증발 챔버(18)로부터 밀봉되어 있는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 탱크(12)의 하측부가 저장조(24) 내부의 종자물에 의해 대기에 대해 밀봉됨으로써, 장치(10)의 (진공 하에서의) 작동 동안 종자물이 증발 챔버(18) 내측의 진공에 의해 증발 챔버(18)의 내부에서 응축 탱크(20)를 중심으로 탱크(12)의 내측에서 위로 견인되어, 탱크(12)의 크기 및 챔버(20) 내부의 진공도에 의해 결정되는 높이(X)를 갖는 원주(23)를 형성한다. 이러한 관점에서, 탱크(12)의 높이가 15m 내지 20m의 범위(예상 가능 범위)인 경우, 탱크(12) 내부의 종자물의 높이(X)는 흡인(suction) 처리 시에 정상 대기압 조건 하에서 지지될 수 있는 천연 수두를 기반으로 한 최대치인 10.3m보다 높을 것 같지는 않다.

장치(10)는 또한, 증발 챔버(18)의 상측부(16)와 유체 연통하는 포화 증기 배출구(30), 그리고 배출구(30)로부터, 증발 챔버(18)에서 배출되는 포화 증기의 과열을 위해 본 실시예에서 장치(10)의 하측부에 배치되는, 압축기(34)로 포화 증기를 이송하기 위한 증기 라인(32)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 증기 라인(32)은 계속해서 압축기(34)로부터 응축 탱크(20)의 하측부로 과열 증기를 이송하기 위한 증기 라인(32a)으로 이어진다.

본 실시예에서, 응축 탱크(20)는, 응축 챔버(21)와 함께, 응축 컬럼(20)의 하측부로부터 상측부로의 과열 증기의 유동을 허용하는 응축 챔버(21) 내부의 증기 라인(32, 32a)의 내부 구성 연장부(36)를 포함한다. 증기 라인 연장부(36)는, 정확히 축방향으로 배치되지 않도록 챔버(21)의 내부에서 약간 오프셋 배치되긴 하지만, 응축 챔버(21)의 실질적으로 중앙에 배치되는 것으로 도시되어 있다. 본 실시예에서, 응축 탱크(20)는, 종자 물의 적어도 표면을 끓여 증발 챔버(18) 내에서 상승하여 포화 증기 배출구(30)를 통해 증발 챔버(18)에서 배출되는 포화 증기를 형성하기 위하여, 팽창부(40)에서 나온 응축 과열 증기 및 응축 챔버(21)에서 하방으로 유동하는 응축수로부터 응축 챔버(21)를 통해 그리고 응축 탱크(20)의 벽을 통해 증발 챔버(18)로 열이 전달되도록 하여 증발 챔버(18)를 가열하기 위한 열 교환기로서 기능한다.

증기 라인 연장부(36)의 상측부에는 하방을 향하는 아치형 배출구 형태의 단순히 증기 라인 연장부(36)의 연장부인 동일 직경의 팽창부(40)가 도시되어 있다. 과열 증기가 증기 라인 연장부(36)의 전체 범위에 걸쳐 이동되고 나면, 증기 라인 연장부가 이상적으로는 단열 라인이기 때문에 에너지 손실 없이, 팽창부(40)에서 배출되는 증기가 정수 액적으로 응축될 준비가 되어 있는 포화 증기 상태로 되돌아감으로써, 응축 챔버(21)의 상측부에서의 온도 감소가 개시되며, 이러한 온도 감소는 열이 증발 챔버로 전달됨에 따라 응축 챔버(21)의 길이를 따라 아래로 계속된다. 이에 따라, 응축수가 응축 챔버(21)에서 하방으로 유동하여 응축 챔버(21)의 하측 부분(42)에 처리수로서 고이게 되며, 이에 따라 하측 부분(42)이 전술한 처리수 저장조(44)를 형성한다.

본 실시예에서, 증류 탱크(12)는 높이가 20m이며 직경이 3m이다. 응축 컬럼(20)은 직경이 2m이며 높이가 16m로서, 하측 벽(26) 및 상측 벽(28)이 증류 탱크(12)의 하측 및 상측으로부터 (각각) 대략 2m의 간격으로 이격 배치되도록 응축 컬럼(20)이 증발 챔버(18)의 내부에 구성된다는 점에 주목하여야 한다. 이러한 형태에서, 종자물 높이(X)는 일반적으로, 각종 작동 매개 변수에 따라 9m 내지 10m의 범위에 있으며, 처리수 저장조(44) 내의 처리수의 높이(Y)는 일반적으로, 2m 내지 5m의 범위에 있다. 이상적으로는, 이에 따라, 환형 증발 챔버의 폭이 대략 0.5m이다.

제 1 실시예의 장치(10)는 또한, 응축 탱크(20)의 내부에서 응축 탱크(20)의 벽의 내부로부터 증기 라인 연장부(36)를 향해 응축 챔버(21)를 통과하여 반경 방향으로 연장되는 복수 개의 열 교환 웨브(web)를 포함한다. 반경 방향으로 돌출되는 휜(fin)의 형태로 도시되어 있는 이러한 웨브는 응축물이 응축 챔버(21)에서 하방으로 유동함에 따라 열 전달량의 증가를 돕는다.

처리수 저장조(44)는 저장조(44)로부터의 처리수의 제거를 허용하는 처리수 배출구(52)를 포함한다. 처리수 배출구(52)는 종자물 레벨(X) 위의 높이에서 증류 탱크(12)의 외부 벽을 통과하여 환형 증발 챔버(18) 내부의 종자물을 통해 응축 탱크(20)로부터 연장되는 튜브(52a)이다. 종자물을 통과함으로써, 처리수 중에 남아 있는 열이 종자물로 전달되어 전술한 유형의 증발이 이루어지기 이전의 종자물의 가열을 돕는다.

종자물 저장조(24)는 장치(10)로부터 고형 폐기물을 추출하기 위해 사용되는 오거(auger)(58)를 포함하는 고형 폐기물 추출 시스템의 일부를 형성하는 경사진 하측 벽(56)을 구비하는 것으로 도시되어 있다. 이러한 관점에서, 증발이 이루어짐에 따라 저장조 내부의 종자물의 염분 함량(또는 그외 다른 오염 물질의 농도)이 증가함을 알 수 있다. 따라서, 종자물 저장조(24)의 하측에 축적될 수도 있는 장치(10)로부터의 침전 오염 물질(염분과 같은)의 적어도 일부를 지속적으로 추출하는 것이 바람직하다.

증류 탱크(12)의 외부는 외부 환경으로부터 증발 챔버(18)로의 열의 전달을 돕기 위한 보충 열 전달 수단을 포함한다. 이러한 보충 열 전달 수단은 증류 탱크(12)의 외면에 배열되는 일련의 열 전달 휜(59)으로서 도면에 도시되어 있다.

증류 탱크(12)는 또한, 메쉬 내부 라이닝 형태의 증류 탱크(12)의 내부 벽을 중심으로 구성되는 워터 재킷(60) 형태의 열 교환 가속부를 포함한다. 워터 재킷(60)은 펌프(62)와 순환수 라인(64)을 통해 종자물 저장조로부터의 물을 수용할 수 있다. 따라서, 종자물이 종자물 저장조(24)로부터 증발 챔버(18)의 상측부로 바로 펌핑될 수도 있어, 하향 유동함에 따라 워터 재킷 위로 조금씩 흘러내릴 수도 있다. 따라서, 이러한 순환수는, 증발 챔버(18)에서 발생하는 증발량에 추가하여, 증발 챔버(18)의 상측부로 갈수록 더 높아지는 온도에 추가하여 증류 탱크(12)가 외부 날씨 조건에 노출됨에 따라 상승하는 증가 열에 노출된다.

마지막으로, 제 1 실시예의 압축기(34)와 관련하여, 압축기(34)가 적당한 에너지원에 의해 동력을 제공 받을 수도 있음을 알 수 있다. 그러나, 대부분의 실시예에서, 에너지원은 태양광 동력 시스템과 같은 재생 가능한 에너지원인 것으로 예상된다.

응축 챔버(21)를 둘러싸고 있는 증발 챔버(18)를 구비하는 것으로 도시 및 설명되어 있긴 하지만, 이 순서가 증발 챔버(18)가 응축 챔버(21)의 내부에 배치되는 것으로 뒤바뀔 수 있어, 장치(10)의 효율을 증가시키도록 응축 챔버(21)로부터 증발 챔버(18)로 열이 통과하도록 할 수 있다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예의 진공 증류 장치(110)는 장방형 탱크 형태의 증류 탱크(112)를 포함한다. 증류 탱크(112)는 응축 탱크(120)를 중심으로 배치되는 진공 증발 챔버(118)를 구비하며, 응축 탱크(120) 자체는 탱크(112)의 내부 중앙에 배치되는 정방향 컬럼이다. 본 실시예에서는, 따라서, 증발 챔버(118)가 응축 탱크(120)를 중심으로 부분적으로만 마련되어, 응축 탱크(120)의 두 개의 측면과 하측부가 증발 챔버(118)의 내부와 접촉함을 알 수 있다.

크기가 더 작아지고 모듈식 구조를 가짐으로 인해, 장치(110)는 배치 시스템(batch system)으로서 작동할 것으로 예상된다. 그 결과, 종자물 주입구는 단지 적당한 양의 종자물을 추가하기 위한 증발 챔버(118)로의 접근을 제공하는 역할을 한다. 이러한 구성이 제공될 수도 있긴 하지만, 따라서, 종자물 주입구인 도 3a 및 도 3b에 도시된 영구 고정물이 제공되지 않을 수도 있다.

장치(110)는 또한, 증발 챔버(118)와 유체 연통하는 포화 증기 배출구(130), 그리고 배출구(130)로부터, 증발 챔버(118)에서 배출되는 포화 증기의 과열을 위해 본 실시예에서 장치(110)의 상측부에 배치되는, 압축기(134)로 포화 증기를 전달하기 위한 증기 라인(132)을 포함한다. 도시된 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 증기 라인(132)은 길이가 짧으며, 계속해서 압축기(134)로부터 응축 탱크(120)로 과열 증기를 이송하기 위한 증기 라인(132a)으로 이어진다.

응축 탱크(120)는 응축 챔버(121)를 포함하며, 종자 물의 적어도 표면을 끓여 증발 챔버(118) 내에서 상승하여 포화 증기 배출구(130)를 통해 증발 챔버(118)에서 배출되는 포화 증기를 형성하기 위하여, 팽창부(140)에서 나온 응축 과열 증기 및 응축 챔버(121)에서 하방으로 유동하는 응축수로부터 응축 챔버(121)를 통해 그리고 응축 탱크(120)의 벽을 통해 증발 챔버(118)로 열이 전달되도록 하여 증발 챔버(118)를 가열하기 위한 열 교환기로서 기능한다.

팽창부(140)는 단순히 하방을 향하는 배출구 형태의 동일 직경의 증기 라인(132a)의 연장부이다. 팽창부(140)에서 배출되는 증기가 정수 액적으로 응축될 준비가 되어 있는 포화 증기 상태로 되돌아감으로써, 응축 챔버(121)의 상측부에서의 온도 감소가 개시되며, 이러한 온도 감소는 열이 증발 챔버(118)로 전달됨에 따라 응축 챔버(121)를 따라 아래로 계속된다. 이에 따라, 응축수가 응축 챔버(121)에서 하방으로 유동하여 응축 챔버(121)의 하측 부분에 처리수로서 고이게 되며(도 3a 및 도 3b에는 도시하지 않음), 이에 따라 하측 부분이 전술한 처리수 저장조를 형성하며, 이 저장조로부터 처리수 배출구(152)를 통해 처리수가 배출된다.

본 실시예에서, 압축기(134)는 태양광 패널(180) 형태의 태양광 동력 시스템에 의해 동력을 제공 받는 것으로 도시되어 있다. 또한, 장치(110)는, 예를 들어, 음용 가능한 식수의 공급이 필요한 장소로 용이하게 이송될 수 있도록 그리고, 예를 들어, 종자물로서의 소금물의 공급부에 접근할 수 있도록 용기로 모듈화되어 있는 것으로 도시되어 있다.

도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진공 증류 장치(210)가 도시되어 있다. 장치(210)는 특히 유독성 종자물과 사용하도록 구성되어 있다.

장치(210)는 진공 증발 챔버(218) 및 응축 챔버(220)를 구비한 증류 탱크(212)를 포함한다. 본 실시예에서, 장치(210)는 증발 챔버(218)와 응축 챔버(220)가 공통 벽(230)을 공유하여 그 사이에서의 열 전달을 촉진하도록 구성된다.

진공 증발 챔버(218)와 응축 챔버(220)가 증류 탱크(212)의 내부에 배치됨에 따라, 이들 챔버는 증류 탱크(212)와 실질적으로 동일한 높이를 가지며, 응축 챔버(220)와 증류 탱크(212)가 유체 연통하여 증발 종자물이 진공 증발 챔버(218)로부터 응축 챔버(220)로 유동할 수 있도록 상측 부분에서 서로에 대해 개방되어 있다.

장치(210)는 도 4의 종단면도에 원형의 상부를 구비하는 것으로 도시되어 있다. 이와 일치하여, 장치(210)의 측방향 단면이 원통형일 수도 있으며, 또는 장치(210)가 대체로 정방향 또는 장방향 형태의 대체로 장방향 단면을 구비할 수도 있다.

장치(210)는 증발 챔버(218)와 유체 연통하는 종자물 주입구(222)를 포함한다. 탱크(212)는 하측부에서 개방되어 있으며, 종자물 공급 저장조(224)의 내부에 안착되어 있는 것으로 도시되어 있다. 탱크(212)의 하측부가 저장조(224) 내부의 종자물에 의해 대기에 대해 밀봉됨으로써, 장치(210)의 (진공 하에서의) 작동 동안 종자물이 증발 챔버(218) 내측의 진공에 의해 증발 챔버(218)의 내부의 높이(X)까지 탱크(212)의 내측에서 위로 견인되어, 탱크(212)의 크기 및 챔버(218) 내부의 진공도에 의해 결정되는 높이(X)를 갖는 원주(223)를 형성한다. 이러한 관점에서, 탱크(212)의 높이가 15m 내지 20m의 범위(예상 가능 범위)인 경우, 탱크(212) 내부의 종자물의 높이(X)는 흡인 처리 시에 정상 대기압 조건 하에서 지지될 수 있는 천연 수두를 기반으로 한 최대치인 대략 10.3m보다 높을 것 같지는 않다. 바람직한 형태에서, 증발 챔버(218)의 내부에 50% 내지 90%의 진공이 형성될 수도 있다.

응축 챔버(220)는 종자물을 가열하여 포화 증기를 형성하기 위해 증발 챔버(218)로 열을 공급하도록 응축 과열 증기로부터 응축 챔버(220)의 벽(230)을 통해 증발 챔버(218)로 열이 전달되도록 하기 위한 열 교환기로서 기능한다.

증발 챔버(218)의 내부에 진공을 생성하기 위하여, 압력을 감소시키기 위한 수단 또는 흡인 장치가 제공된다. 일 형태로서, 흡인 장치는 증발 챔버(218)의 내부에 배치되는 진공 펌프 또는 팬(226)이다. 설치 장소에 유효한 에너지의 유형에 따라 기타 다른 형태의 구동부가 제공될 수도 있긴 하지만, 팬(226)은 전기 모터에 의해 구동될 수도 있다. 기타 다른 형태에서, 팬(226)이 증발 챔버(218)로부터 원거리에서 증발 챔버(218) 내부에 진공을 생성하도록 증발 챔버(218)의 기부에 개방되어 있는 도관을 통해 유체 연통하도록 배치될 수도 있긴 하지만, 모터에 의해 발생되는 열이 증발 챔버(218)의 내부에서 사용될 수도 있도록 모터와 팬(226)이 증발 챔버(218)의 내부에 배치되는 것이 바람직하다.

증발 챔버(218)의 내부에는 적어도 하나의 냉각 부재 및 적어도 하나의 가열 부재가 있다. 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 냉각 부재는 복수 개의 경사진 냉각 휜(228)이며, 적어도 하나의 가열 부재는 복수 개의 경사진 가열 휜(232)이다. 기타 다른 형태에서, 가열/냉각 부재는 플레이트, 메쉬 또는 코일 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 휜은 과열 증기의 유동을 방해하도록 구성되는 배플(baffle) 형태로 형성될 수도 있으며, 당 업계의 허용 실시에 부합하는 각도로 경사질 수도 있다. 일 예로서, 휜은 1° 내지 10°의 범위의 각도로 경사질 수도 있다. 바람직한 형태에서, 휜은 7°의 각도로 경사진다. 냉각 휜(228)과 가열 휜(232)의 경사 각도가 상이할 수도 있음을 알 수 있다.

냉각 휜(228)은 응축 챔버(220)의 상부 절반부 내에 배치되며, 사용 시에, 액체가 포집될 수 있도록 증기를 응축시키는 작용을 한다. 증기가 냉각 휜(228)의 표면에서 냉각됨에 따라, 휜 상에 응축물 또는 수분 방울이 형성되며, 휜이 경사지게 형성됨으로 인해, 수분이 처리수로서 이송용 도관(236)을 통과하기 전에 휜을 따라 포집 지점(234)으로 이동한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 휜(228)은 각각, 응축물이 상부 휜으로부터 하부 휜으로 유동하도록 서로 중첩되기에 충분한 길이로 형성된다.

가열 휜(232)은 포집 지점(234)의 아래로 팬(226)의 상류에 배치되며, 장치 내부의 나머지 미응축 증기가 증발 챔버(218)와 유체 연통하는 도관(240)을 통해 종자물 공급 저장조(224)로 되돌아가 종자물을 가열하여 증발을 조장하기 전에 나머지 미응축 증기를 가열 또는 과열시키는 작용을 한다. 도관(240)의 내부에는, 예정된 압력을 초과한 경우에만 증기가 종자물 공급 저장조(224)를 통과하도록 하며 또한 미처리수가 응축 챔버(220)로 복귀 유동하는 것을 방지하기 위한 구성의 체크 밸브가 마련되는 것이 바람직하다.

바람직한 일 형태에서, 냉각 휜(228)은 히트 펌프의 증발기와 열 연통 관계일 수도 있으며, 가열 휜(232)은 히트 펌프의, 바람직하게는 동일한 히트 펌프의 응축기와 열 연통 관계일 수도 있다. 이러한 일 장치에서는, 처리수의 발생 효율을 최대화하기 위해 장치의 과잉 열이 그외 다른 영역에서 포획되어 재사용됨에 따라 열 손실이 최소화될 수 있다. 이러한 히트 펌프에서, 작동 유체는 이산화탄소 또는 질소일 수도 있다.

바람직한 실시예에서, 증류 탱크(212)(그리고 이에 따라 증발 챔버(218) 및 응축 챔버(220))는 5m 내지 100m의 범위의 높이를 갖는다. 일 예로서, 증류 탱크(212)는 대략 20m의 높이를 가지며, 직경이 3m인 원형 단면을 갖는다. 벽(230)은 탱크(212)의 정점의 2m 이내까지 연장하도록 배치된다. 이러한 형태에서, 종자물 높이(X)는 일반적으로, 각종 매개 변수에 따라 5.5m 내지 10.3m의 범위에 있다.

증발 챔버(218)의 기부 부근이나 기부에는, 장치(210)로부터 고형 폐기물을 추출하기 위해 사용되는 오거가 제공될 수도 있다. 이러한 관점에서, 증발이 이루어짐에 따라 저장조 내부의 종자물의 염분 함량(또는 그외 다른 오염 물질의 농도)이 증가함을 알 수 있다. 따라서, 종자물 저장조(224)의 하측에 축적될 수도 있는 장치(210)로부터의 침전 오염 물질(염분과 같은)의 적어도 일부를 지속적으로 추출하는 것이 바람직하다. 또한, 고형 파편이 증발 챔버(218)로 통과하기 전에 종자물 공급 저장조(224)로부터 고형 파편을 제거하기 위해 파편 필터가 또한 제공될 수도 있다.

증류 탱크(212)의 외부는 외부 환경으로부터 증발 챔버(218)로의 열의 전달을 돕기 위한 보충 열 전달 수단을 포함할 수도 있다. 이러한 보충 열 전달 수단은 증류 탱크(212)의 외면에 배열되는 일련의 열 전달 휜의 형태로 형성될 수도 있다.

증류 탱크(212)는 또한, 메쉬 내부 라이닝 형태의 증발 챔버(218)의 내부 벽을 중심으로 구성되는 워터 재킷 형태의 열 교환 가속부를 포함할 수도 있다. 워터 재킷은 종자물 저장조로부터 펌핑되어 하향 유동함에 따라 워터 재킷 위로 조금씩 흘러내릴 수도 있는 물을 수용할 수 있다. 따라서, 이러한 순환수는, 증발 챔버(218)에서 발생하는 증발량에 추가하여, 증발 챔버(218)의 상측부로 갈수록 더 높아지는 온도에 추가하여 증류 탱크(212)가 외부 날씨 조건에 노출됨에 따라 종자물을 예열하도록 상승하는 증가 열에 노출된다.

장치(210), 특히 팬(226)이 적당한 에너지원에 의해 동력을 제공 받을 수도 있음을 알 수 있다. 그러나, 대부분의 실시예에서, 에너지원은 태양광 동력 시스템과 같은 재생 가능한 에너지원인 것으로 예상된다.

장치(210)는 또한, 장치 내부의 압력을 예정된 레벨 아래로 유지하기 위해 가스를 대기로 배출함으로써 응축 챔버 내부에 구축된 압력을 감소시키기 위한 가스 추출 통풍구를 포함한다. 가스 추출 밸브가 배출구(236)의 부근에 배치될 수도 있다. 추가 펌프 또는 팬이 증기를 추출하기 위해 가스 추출 통풍구와 유체 연통 관계로 제공될 수도 있다.

도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 진공 증류 장치(310)가 도시되어 있다. 장치(310)는 진공 증발 챔버(318) 및 응축 챔버(320)를 구비한 증류 탱크(312)를 포함한다. 본 실시예에서, 장치(310)는 열 전달을 촉진하도록 증발 챔버(318)가 응축 챔버(320)를 둘러싸도록 구성된다. 이러한 관점에서, 응축 챔버(320)는 증발 챔버(318)의 내부에 배치되며, 증발 챔버(318)와 응축 챔버(320)가 동심의 실린더이긴 하지만, 이러한 동심 구조가 본 실시예의 필수 구성은 아님을 알 수 있을 것이다. 또한, 증발 챔버(318)가, 예를 들어, 부분 실린더로서 응축 챔버(320)의 둘레에서 적어도 부분적으로만 연장될 수도 있음을 알 수 있을 것이다.

다수의 수단을 통해, 바람직하게는 즉각적으로 이용 가능한 폐열을 사용하여 진공 증발 챔버(318)에 열이 추가될 수도 있다. 일 예로서, 모터 구동 팬(326)으로부터의 열이 사용되며, 이러한 예에서, 모터와 팬의 윤활을 위해 스팀이 사용될 수도 있다. 다른 예로서, 조합형 PV 전기/히트 셀(cell) 또는 태양광 포집 장치를 사용하여 종자물을 가열하도록 태양광 열 에너지가 사용된다. 석탄 또는 디젤 연소나 마찰을 생성하는 장치 뿐만 아니라, 내부 배관형 가열 코일이 또한 사용될 수도 있다.

응축 챔버(320)가 진공 증발 챔버(318)의 내부에 배치됨에 따라, 높이차가 최소인 것이 바람직하긴 하지만, 응축 챔버가 더 높이가 낮아야 한다. 응축 챔버(320)와 증발 챔버(318)는 유체 연통하여 증발 종자물이 진공 증발 챔버(318)로부터 응축 챔버(320)로 유동할 수 있도록 상측 부분에서 서로에 대해 개방되어 있다.

장치(310)가 대체로 정방향 또는 장방향 형태의 대체로 장방향 단면을 구비할 수도 있긴 하지만, 장치(310)는 측방향 단면이 원통형인 것이 바람직하다.

장치(310)는 증발 챔버(318)와 유체 연통하는 종자물 주입구(322)를 포함한다. 탱크(312)는 하측부에서 개방되어 있으며, 종자물 공급 저장조(324)의 내부에 안착되어 있는 것으로 도시되어 있다. 탱크(312)의 하측부가 저장조(324) 내부의 종자물에 의해 대기에 대해 밀봉됨으로써, 장치(310)의 (진공 하에서의) 작동 동안 종자물이 증발 챔버(318) 내측의 진공에 의해 증발 챔버(318)의 내부의 높이(X)까지 탱크(312)의 내측에서 위로 견인되어, 탱크(312)의 크기 및 챔버(318) 내부의 진공도에 의해 결정되는 높이(X)를 갖는 원주(323)를 형성한다. 이러한 관점에서, 탱크(312)의 높이가 15m 내지 20m의 범위(예상 가능 범위)인 경우, 탱크(312) 내부의 종자물의 높이(X)는 흡인 처리 시에 정상 대기압 조건 하에서 지지될 수 있는 천연 수두를 기반으로 한 최대치인 대략 10.3m보다 높을 것 같지는 않다. 바람직한 형태에서, 증발 챔버(318)의 내부에 50% 내지 90%의 진공이 형성될 수도 있다.

증발 챔버(318)와 응축 챔버(320)가 공통 벽(330)을 공유함에 따라, 응축 챔버(320)로부터의 열이 종자물을 가열하여 포화 증기를 형성하기 위해 증발 챔버(318)로 전달될 수 있다.

증발 챔버(318)의 내부에 진공을 생성하기 위하여, 압력을 감소시키기 위한 수단 또는 흡인 장치가 제공된다. 일 형태로서, 흡인 장치는 증발 챔버(318)의 상부 내부에 배치되는 진공 펌프 또는 팬(326)이다. 설치 장소에 유효한 에너지의 유형에 따라 기타 다른 형태의 구동부가 제공될 수도 있긴 하지만, 팬(326)은 전기 모터에 의해 구동될 수도 있다. 기타 다른 형태에서, 팬(326)이 증발 챔버(318)로부터 원거리에서 증발 챔버(318) 내부에 진공을 생성하도록 증발 챔버(318)의 기부에 개방되어 있는 도관을 통해 유체 연통하도록 배치될 수도 있긴 하지만, 모터에 의해 발생되는 열이 증발 챔버(318)의 내부에서 사용될 수도 있도록 모터와 팬(326)이 증발 챔버의 내부에 배치되는 것이 바람직하다.

팬(326)의 하류는 응축 챔버(320)의 내부에서의 응축을 촉진하는 역할을 하는 수축부(327)이다. 팬을 통과하는 저압 증기는, 팽창 밸브 또는 응축기에서와 유사한 방식으로, 응축을 촉진하도록 증기의 속도가 느려지면서 압력이 증가되기 전에, 수축부(327)를 통과하면서 속도가 상승한다.

일 예로서, 증발 챔버(318)의 높이는 20m이며, 응축 챔버(320)는 대략 18m의 높이를 가지며, 직경이 3m인 원형 단면을 갖는다. 이러한 형태에서, 종자물 높이(X)는 일반적으로, 각종 매개 변수에 따라 9m 내지 10m의 범위에 있다. 응축 챔버로부터 물 기둥(323)으로의 충분한 열 전달을 보장하기 위하여, 물의 높이는 7m인 것이 바람직하다.

증발 챔버(318)의 기부 부근이나 기부에는, 장치(310)로부터 고형 폐기물을 추출하기 위해 사용되는 오거가 제공될 수도 있다. 이러한 관점에서, 증발이 이루어짐에 따라 저장조 내부의 종자물의 염분 함량(또는 그외 다른 오염 물질의 농도)이 증가함을 알 수 있다. 따라서, 종자물 저장조(324)의 하측에 축적될 수도 있는 장치(310)로부터의 침전 오염 물질(염분과 같은)의 적어도 일부를 지속적으로 추출하는 것이 바람직하다. 또한, 고형 파편이 증발 챔버(318)로 통과하기 전에 종자물 공급 저장조(324)로부터 고형 파편을 제거하기 위해 파편 필터가 또한 제공될 수도 있다.

증류 탱크(312)의 외부는 외부 환경으로부터 증발 챔버(318)로의 열의 전달을 돕기 위한 보충 열 전달 수단을 포함할 수도 있다. 이러한 보충 열 전달 수단은 증류 탱크(312)의 외면에 배열되는 일련의 열 전달 휜의 형태로 형성될 수도 있다.

증류 탱크(312)는 또한, 메쉬 내부 라이닝 형태의 증발 챔버(318)의 내부 벽을 중심으로 구성되는 워터 재킷 형태의 열 교환 가속부를 포함할 수도 있다. 워터 재킷은 종자물 저장조로부터 펌핑되어 하향 유동함에 따라 워터 재킷 위로 조금씩 흘러내릴 수도 있는 물을 수용할 수 있다. 따라서, 이러한 순환수는, 증발 챔버(318)에서 발생하는 증발량에 추가하여, 증발 챔버(318)의 상측부로 갈수록 더 높아지는 온도에 추가하여 증류 탱크(312)가 외부 날씨 조건에 노출됨에 따라 종자물을 예열하도록 상승하는 증가 열에 노출된다.

장치(310), 특히 팬(326)이 적당한 에너지원에 의해 동력을 제공 받을 수도 있음을 알 수 있다. 그러나, 대부분의 실시예에서, 에너지원은 태양광 동력 시스템과 같은 재생 가능한 에너지원인 것으로 예상된다.

장치(310)는 또한, 장치 내부의 압력을 예정된 레벨 아래로 유지하기 위해 가스를 대기로 배출함으로써 응축 챔버 내부에 구축된 압력을 감소시키기 위한 가스 추출 통풍구를 포함한다. 가스 추출 밸브가 팬(326)의 위에 배치될 수도 있다. 추가 펌프 또는 팬이 증기를 추출하기 위해 가스 추출 통풍구와 유체 연통 관계로 제공될 수도 있다.

설명되고 도시된 실시예에서, 장치의 용량을 증가시키기 위하여, 장치의 높이가 증가될 수도 있음을 알 수 있다. 높이가 높은 물체가 바람직하지 않은 상황에서는, 장치가 지면에 적어도 부분적으로 매립될 수도 있다. 또한, 물 기둥의 높이를 감소시키기 위하여, 다수의 장치가 서로 위 아래로 적층될 수도 있다. 또한, 복수 개의 동일한 또는 상이한 구성의 장치를 포함하는 조립체가 제공될 수도 있다. 이러한 유형의 조립체는 전술한 실시예로부터 선택된 상이한 구성의 장치를 포함할 수도 있다.

일 예로서, 시스템은 장치(310)와 조합된 장치(210)를 포함한다. 각각의 장치는, 바람직하게는 증발 챔버(218, 318) 사이의 작동 가능한 도어를 통해 연통 관계에 있다. 이러한 시스템은 슬러리가 획득되어 건조될 때까지 종자물이 증류되도록 하여, 슬러리로부터 물을 추출하기에 특히 유용하다. 이러한 장치의 특정한 일 용례는 올리브 오일의 제조 및 이러한 제조 시에 생성되는 슬러리로부터의 물의 추출이다. 사용 시에, 이러한 슬러리는 물의 추출을 최대화하도록 슬러리가 추가로 건조되도록 하기 위해 도어가 개방되기 전에 최초 물 추출을 위해 증발 챔버(218)의 내부에서 여과 백에 매달려 있을 수 있다.

당 업계의 숙련자는 전술한 실시예가 작동을 위해 에너지원을 필요로 함을 알 수 있을 것이다. 이 에너지원은, 예를 들어, 화석 연료, 즉, 가스, 오일 또는 석탄의 연소로부터 유도될 수도 있다. 변형예로서, 바람이나 태양광 에너지와 같은 재생 가능한 에너지원이 사용될 수도 있다. 사막과 같이 열이 풍부한 위치에서는, 이러한 열이 종자물을 증발시켜, 시스템을 운전하기 위해 필요한 에너지를 감소 또는 배제하도록 사용될 수도 있다. 풍부한 양의 외부 대기 열이 유용한지 여부에 따라, 이러한 열이 종자물을 증발시켜 시스템의 효율을 증가시키도록 사용되는 것이 바람직하다.

당 업계의 숙련자는 전술한 실시예가, 이로만 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 상업용 폐수, 물로부터의 화학 오염 물질의 제거, 채광 부스러기로부터의 물의 추출, 그리고 세일가스 시추 공정에 의해 오염된 물의 세정과 같은 다수의 상이한 용례를 가짐을 알 수 있을 것이다. 또한, 스테인리스강 또는 플라스틱과 같은, 장치에 사용되는 재료가 당 업계에서 받아 들여지고 있는 관형을 고려하여 선택됨을 알 수 있을 것이다.

또 다른 예에는, 인도주의적 임무나 군사적 작업과 같은 원거리의 또는 동력이 없는 장소로의 처리수 제공이 포함된다.

전술한 실시예는 고정 구조일 수도 있으며, 또는 휴대 가능하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 실시예는 트럭/트레일러의 후방에 거치되도록 경사지게 구성될 수도 있다. 이러한 실시예는 장소들 사이에서 용이하게 이송될 수 있는 이동 장치를 휴대하도록 트럭에 고정될 수도 있다. 장치가 단지 물 공급원에 배치되어 작동될 수 있음에 따라, 개방 기부를 구비한 실시예가 새로운 장소에도 용이하게 받아들여진다.

실시예는 단지 예시로서 설명된 것이며, 개시된 본 발명의 범위 내에서 수정이 가능하다.

Claims (28)

1. 공급 종자물로부터 처리수를 생성하기 위한 진공 증류 장치로서,
   하측부와 상측부를 구비하며, 또한 응축 탱크를 중심으로 적어도 부분적으로 배치되는 진공 증발 챔버를 구비한 증류 탱크와;
   상기 증발 챔버와 유체 연통하는 종자물 주입구와;
   상기 증발 챔버의 상측부와 유체 연통하는 포화 증기 배출구와;
   상기 포화 증기의 과열을 위해 상기 포화 증기 배출구로부터 압축기로 포화 증기를 이송하며, 과열 증기를 상기 응축 탱크 상측부의 팽창부로 이송하기 위한 증기 라인; 그리고
   처리수 저장조를 구비한 응축 챔버를 포함하는 상기 응축 탱크를 포함하며,
   사용 시에, 과열 증기가 팽창부에서 나오면 응축되어, 응축수가 응축 챔버로부터 처리수 저장조로 하방으로 유동하여 처리수를 형성하며, 응축 과열 증기와 응축수로부터 증발 챔버로 열이 전달되어 증발 챔버 내의 종자물을 가열하여 포화 증기를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 증류 탱크는 수직 원통형 탱크이며, 상기 증발 챔버는 증발 챔버 내부에 축 방향으로 배열되는 컬럼(column) 형태의 원통형 응축 탱크를 중심으로 배치되는 환형 증발 챔버인 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 증류 탱크는 하측부에서 개방되어 있으며, 종자물 공급 저장조의 내부에 안착되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 증류 탱크의 하측부는 탱크의 하측 벽에 의해 밀봉되며, 종자물 주입구에 의해 종자물이 상기 증발 챔버로 공급되는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 종자물 주입구는 상기 증발 챔버의 하측부에 마련되는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증류 탱크는 정방형 또는 장방향 외부 탱크이며, 상기 응축 탱크는 유사한 형상을 가지지만 더 작은 내부 탱크이고, 이들 내외부 탱크 사이의 공간이 상기 증발 챔버를 획정하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증류 탱크는 그 내부에, 상기 응축 탱크의 외부로부터 상기 증류 탱크의 내부를 향해 또는 증류 탱크의 내부로 반경 방향으로 연장되는, 또는 상기 증류 탱크의 내부로부터 상기 응축 탱크의 외부를 향해 또는 상기 응축 탱크의 외부로 반경 방향으로 연장되는 복수 개의 열 교환 웨브(web)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 응축 탱크는 상기 증발 챔버의 내부에서 수직 탱크의 실질적으로 전체 높이에 걸쳐 연장되는 원통형 컬럼이며, 이러한 응축 컬럼은 상기 증발 챔버로부터 밀봉되며 상측 벽 및 하측 벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 압축기로부터 상기 팽창부로의 상기 증기 라인은 상기 응축 컬럼의 내부에 실질적으로 중앙으로 배치되는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 응축 탱크는 그 내부에 상기 증기 라인의 외부로부터 상기 응축 챔버를 통해 상기 응축 컬럼의 벽 내부를 향해 또는 응축 컬럼의 벽 내부로 반경 방향으로 연장되는, 또는 그 내부에 상기 증기 라인의 외부로부터 상기 응축 챔버를 통해 상기 응축 챔버의 내부를 향해 또는 응축 챔버의 내부로 반경 방향으로 연장되는 복수 개의 열 교환 웨브를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창부는 증기 라인의 개방 배출구이며, 상기 배출구는 상기 응축 챔버로 하방으로 배향되는 노즐의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증기 라인은 장치가 작동 온도에 도달하기 전에 제거되는 응축물의 포집을 위한 u-자형 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리수 저장조는 저장조로부터의 처리수의 제거를 허용하는 처리수 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 처리수 배출구는 종자물 레벨 위의 높이에서 상기 증류 탱크를 통해 상기 증발 챔버 내부의 종자물을 통과하여 상기 응축 탱크로부터 연장되는 튜브인 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증류 탱크는 열 교환 가속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 열 교환 가속부는 상기 종자물 저장조로부터의 물을 수용할 수 있는 워터 재킷(water jacket)이며, 재킷은 재킷의 외부가 상기 증류 탱크의 외부에 노출되며 재킷의 내부가 상기 증발 챔버에 노출되는 방식으로 상기 증류 탱크의 벽 내부에 또는 증류 탱크의 벽의 일부로서 배열되는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 워터 재킷은 증발이 이루어질 수 있도록 하기 위해 하강하고 있는 물에 저항을 부여하기 위한 용도의 반투과 재료 또는 메쉬 또는 나선형 코일 등의 재료 형태인 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증류 탱크의 외부는 외부 환경으로부터 상기 증발 챔버로의 열의 전달을 돕기 위한 보충 열 전달 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 보충 열 전달 수단은 일련의 열 전달 휜(fin) 또는 주름부인 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 종자물 저장조의 하측에 축적되는 침전 오염 물질을 제거하기 위한 고형 폐기물 추출 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
21. 공급 종자물로부터 처리수를 생성하기 위한 진공 증류 장치로서,
    종자물을 수용하며 증발시키기 위한 증발 챔버와;
    상기 증발 챔버에 열을 공급하기 위한 열원과;
    증발 종자물을 수용하며 응축시키기 위해 상기 증발 챔버와 유체 연통하는 응축 챔버와;
    종자물의 증발을 촉진하기 위해 상기 증발 챔버와 연통하는 압력 감소부; 그리고
    응축 챔버 내부에 배치되어 증발 종자물이 응축될 수 있도록 하며, 처리수 배출구에서 포집을 위해 응축 증기를 이송하도록 배치되는 적어도 하나의 냉각 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 열원은 상기 증발 챔버 내부의 압력을 감소시키기 위한 수단의 상류의 일 위치에서 상기 응축 챔버의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 상기 증발 챔버와 상기 응축 챔버는 공통 벽을 공유하여 서로 열을 전달하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 응축 챔버의 기부의 내부에 배치되는 적어도 하나의 가열 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
25. 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 휜 및 냉각 휜이 함께 히트 펌프 회로의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
26. 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증발 챔버 내부의 압력을 감소시키기 위한 수단은 상기 응축 저장조의 하측부에 배치되며 종자물 공급부로 증기를 재순환시키도록 구성되는 팬(fan)인 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
27. 공급 종자물로부터 처리수를 생성하기 위한 진공 증류 장치로서,
    종자물을 수용하며 증발시키기 위한 증발 챔버와;
    상기 증발 챔버의 내부에 배치되며 증발 종자물을 수용하기 위해 상기 증발 챔버와 유체 연통하는 개방 상단부를 구비하는 응축 챔버; 그리고
    종자물의 증발을 촉진하기 위해 상기 증발 챔버와 연통하는 압력 감소부를 포함하며,
    상기 응축 챔버에 들어가는 증기의 응축을 촉진하기 위해 상기 응축 챔버의 상측 부분에 수축부가 제공되는 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 수축부는 상기 응축 챔버의 상측 부분에 형성되는 구멍인 것을 특징으로 하는 진공 증류 장치.

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