KR20220105674A - 하수 처리기 - Google Patents

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KR20220105674A
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엔초 주스트
다비데 델 콜
스테파노 보르톨린
Original Assignee
베올리아 워터 테크놀로지스 이탈리아 에스.피.에이. 콘 소시오 유니코
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Abstract

하수 처리기(1)로서, 처리될 액체가 그 내부에서 끓게 되는 밀폐 컨테이너(2); 밀폐 컨테이너(2)의 내부를 환경/외부 압력보다 낮은 값을 갖는 주어진 압력으로 유지하도록 구성된 진공 발생 장치(3); 밀폐 컨테이너(2)의 저부에 존재하는 액체에 열을 전달하여 상기 액체를 끓게 할 수 있도록, 그리고 동시에 밀폐 컨테이너(2)의 상단에 도달하는 증기로부터 열을 제거하여 증기를 응축하고 증류액을 획득할 수 있도록 밀폐 컨테이너(2)에 연계되고, 3% 초과의 백분율로 하이드로플루오로올레핀 계열의 하나 이상의 가스들을 포함하는 냉매 유체를 수용하는 열 펌프 조립체(5)를 포함하는, 하수 처리기.

Description

하수 처리기
관련 출원들의 상호 참조
본 특허 출원은 2019년 12월 3일에 출원된 이탈리아 특허 출원 제102019000022839호로부터의 우선권을 주장하며, 그 개시 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.
기술분야
본 발명은 하수 처리기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 수성(aqueous-based) 액체의 처리를 위한 진공 증발기에 관한 것이다. 다음 설명에서 명시적인 참조를 사용하되 일반성을 잃지 않을 것이다.
알려진 바와 같이, 진공 증발기들은 유입구에서 전달받는 하수에 존재하는 오염 물질을 대기압보다 낮은 압력에서 증발을 통해 농축하고, 하나는 고농도 오염 물질을 갖고 다른 하나는 저농도 오염 물질을 갖는 두 가지 별개의 액체의 흐름을 유출구에서 제공할 수 있는 기계들이다.
저농도 오염 물질을 갖는 액체의 흐름은 실질적으로 오염 물질이 없고, 생산 공정에서 재사용되거나 환경에 자유롭게 배출될 수 있다.
다음으로, 고농도 오염 물질을 갖는 액체는 일반적으로 특정 처리장에서 수집 및 처리된다.
시장에서 가장 널리 보급된 진공 증발기는 0.9 bar 미만의 압력에서 유지되는 대형 밀폐 컨테이너가 제공되며, 컨테이너 저부에 잔존하는 액체 분획물에 오염 물질을 농축시키기 위해, 열 펌프 회로를 이용하여 컨테이너 내부에 존재하는 액체를 낮은 온도에서 끓게 하고 생성된 증기를 응축되게 한다.
불행히도, 현재 진공 증발기들의 열 펌프 회로들은 냉매 가스로 하이드로플루오로카본(예를 들어, R-134a 가스)을 사용하는데, 이는 독성이 없고 오존 구멍(ozone hole)에 영향을 미치지 않지만 그럼에도 불구하고 GWP 지수(지구 온난화 지수(Global Warming Potential)의 약어)가 매우 높고, 그에 따라 환경 문제가 수반된다.
본 발명의 목적은 현재 알려진 진공 증발기들보다 환경에 미치는 영향이 적으면서 동시에 더 큰 효율을 갖는 수성 액체의 처리를 위한 진공 증발기를 제공하는 것이다.
이러한 목적에 따라, 본 발명에 따라, 청구항 제1항 및 반드시 그런 것은 아니지만 바람직하게는 그 종속항들 중 어느 하나에 정의된 바와 같은 하수 처리기가 제공된다.
본 발명은 이제 그 비제한적인 예시적인 실시예를 도시한 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
― 도 1은 명확성을 위해 일부가 제거된, 본 발명의 교시에 따라 구현된 하수 처리기의 사시도이다.
― 도 2는 명확성을 위해 일부가 제거된, 도 1에 예시된 하수 처리기의 개략도이다. 이에 반해,
- 도 3은 이전 도면들에 도시된 하수 처리기의 변형 실시예의 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 참조 번호 1은 수성 액체의 처리에 유리하게 사용될 수 있는 하수 처리기를 전체적으로 표시한다.
보다 상세하게는, 하수 처리기(1)는 처리될 하수의 흐름(f1)을 유입구에서 전달받도록 구성되며, 유입구에서 하수에 존재하는 오염 물질을 대기압보다 낮은 압력에서의 증발에 의해 농축하는 한편, 동시에 유출구에서 증류액의 흐름(f2) 및 폐액의 흐름(f3)을 제공하도록 특히 구조화된다.
증류액은 오염 물질이 실질적으로 없거나 낮은 농도로 포함하며, 생산공정에서 재사용되거나 환경에 자유롭게 배출될 수 있다. 반면에 폐액은 고농도의 오염 물질을 가지고 있고, 알려진 유형의 처리장에서 후속적으로 처리되도록 수집하는 것이 적합하다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하수 처리기(1)는 먼저: 바람직하게는 100 내지 7000 리터 범위의 용량을 갖는 밀폐된 반응기 또는 컨테이너(2) - 밀폐된 반응기 또는 컨테이너(2)는 전통적으로 증발 챔버로 칭하며, 그 내부에서는 처리될 액체, 즉 하수가 끓게 됨 -; 및 환경/외부 압력보다 낮은 값을 갖는 주어진 압력에서 반응기/컨테이너(2)의 내부 체적을 유지하도록 구성되는, 바람직하게는 전기 작동식인, 진공 발생 장치(3)를 포함한다.
보다 상세하게는, 컨테이너(2)는 바람직하게는 형상이 직사각형이고, 바람직하게는 실질적으로 수직 위치에 배열되고, 바람직하게는 액체가 부분적으로만 채워지도록 구성되어 처리될 액체가 컨테이너(2)의 저부 부분에만 축적된다/저부 부분만 차지한다.
도시된 예에서, 특히 컨테이너(2)는 바람직하게는, 바람직하게는 금속 재료로 제조되고 바람직하게는 형상이 실질적으로 원통형인 대형 수밀 밀폐 용기로 이루어진다.
바람직하게는, 컨테이너(2)의 저부 단부, 또는 오히려 수밀-밀폐 용기의 저부 단부는 또한 형상이 대략적으로 원뿔대형(frustoconical)이다.
한편, 진공 발생 장치(3)는 바람직하게는 컨테이너/반응기(2) 내부의 압력을 0.8 bar 미만, 또한 선택적으로 0.6 bar 미만의 값으로 연속적으로 유지하도록 구조화된다.
보다 상세하게는, 도시된 예에서, 컨테이너/반응기(2) 내부의 압력은 바람직하게는 3 내지 8 kPA(킬로파스칼) 범위의 값으로 유지된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하수 처리기(1)는 또한 처리될 액체, 즉 하수를 반응기/컨테이너(2) 내로 전달(channel)하도록 구성된, 처리될 액체에 대한 공급 라인(4)을 포함한다.
다시 말해, 공급 라인(4)은 컨테이너(2)의 유입구에서 하수 흐름(f1)을 전달하도록 구성된다.
바람직하게는, 공급 라인(4)은 또한 컨테이너(2)를 향해 지향되는 액체의 흐름의 유량을 제어/변동시킬 수 있도록 구조화된다. 보다 상세하게는, 공급 라인(4)은 바람직하게는 컨테이너(2) 내부로 유입되는 처리될 액체의 유량을 제어/변동시켜 컨테이너(2) 내부의 액체의 수위를 주어진 값 근처에서 지속적으로 유지하도록 구성된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하수 처리기(1)는 또한, 컨테이너/반응기(2)에 연결/연계되어 컨테이너(2)의 저부에 존재하는 액체에 열을 전달하여 액체가 끓을 수 있게 하고, 동시에 컨테이너(2)의 상단에 도달하는 증기로부터 열을 제거하여 증기를 빠르게 응축시키고 증류액을 얻을 수 있게 하는 열 펌프 증발기/응축기 조립체(5)를 포함한다.
부가적으로, 하수 처리기(1)에는 또한, 제1 배수 라인(6) - 제1 배수 라인(6)은 컨테이너(2)의 저부 부분에서 분기/출발하고, 컨테이너/반응기(2)의 외부로, 컨테이너(2)의 저부에 축적/정체된 액체를 전달/이동하도록 구성됨 -; 및 제2 배수 라인(7) - 제2 배수 라인(7)은 컨테이너(2)의 상부로부터 분기/출발하고, 컨테이너/반응기(2) 외부로, 컨테이너(2) 내부에 형성되고 컨테이너(2)의 상단에 축적되는 증기 및/또는 상기 증기의 응축으로 인한 증류액을 전달/이동하도록 구성됨 -이 제공된다.
보다 상세하게는, 배수 라인(6)은 바람직하게는 컨테이너(2)의 저부로부터 분기/출발하는 한편, 배수 라인(7)은 바람직하게는 컨테이너(2)의 상단으로부터 분기/출발한다.
분명히, 배수 라인(6)을 따라 흐르는 액체는 고농도 오염 물질을 갖는 한편, 배수 라인(7)을 따라 흐르는 응축된 증기 또는 액체는 저농도 오염 물질을 갖는다.
따라서 폐액(f3)의 흐름은 배수 라인(6)에 의해 기계(1) 외부로 전달/운반되는 한편, 증류액(f2)의 흐름은 배수 라인(7)에 의해 기계(1) 외부로 전달/운반된다.
도 1을 참조하면, 바람직하게는 하수 처리기(1)에는, 바람직하게는 금속 재료로 제작되며 지면에 안정적으로 안착되고 선택적으로는 지면에 앵커링(anchor)되도록 구성된 강성 지지 프레임워크(8)가 추가로 제공된다. 컨테이너(2), 진공 발생 장치(3), 공급 라인(4), 열 펌프 증발기/응축기 조립체(5), 및 2개의 배수 라인들(6, 7)은 바람직하게는 용이하게 운반 가능한 단일 블록을 형성하도록 강성 지지 프레임워크(8) 상에 안정적으로 고정/배치된다.
도시된 예에서, 특히, 강성 지지 프레임워크(8)는 바람직하게는 케이지형 구조를 갖고/갖거나 형상이 실질적으로 평행육면체이고, 바람직하게는 서로 고정된 금속 막대 맞대기(butt)에 의해 형성된다.
도 1을 참조하면, 바람직하게는 하수 처리기(1)는 마지막으로, 컨테이너(2)의, 그리고/또는 진공 발생 장치(3)의, 공급 라인(4)의, 그리고/또는 열 펌프 증발기/응축기 조립체(5)의, 그리고/또는 2개의 배수 라인(6, 7)의 다양한 구성요소들을 제어하고, 바람직하게는 강성 지지 프레임워크(8)에 안정적으로 고정/배치되는 전자 제어 디바이스(9)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 도시된 예에서 특히 공급 라인(4)은 바람직하게는: 컨테이너(2)의 유입구에서 처리될 액체, 즉 하수를 전달하기 위해 기계(1)의 유입구 입구(inlet mouth)를 컨테이너(2)에 연결하는 파이프(10); 파이프(10)를 따라 위치되고 컨테이너(2)를 향해 지향되는 액체의 흐름을 조절하도록 구성되는, 제어식 개폐를 갖는 조절 밸브(11); 및 또한 바람직하게는, 파이프(10)를 따라, 바람직하게는 조절 밸브(11)의 상류에 위치되고, 주어진 크기를 초과하는 고체 입자를 차단하도록 구성되는 필터(12)를 포함한다.
보다 상세하게는, 필터(12)는 바람직하게는, 800 내지 1000 ㎛(마이크로미터) 초과 또는 심지어 500 ㎛(마이크로미터) 초과의 입자 크기를 갖는 고체 입자를 보유하도록 구조화된다.
따라서, 처리될 액체는 공급 펌프의 사용 없이 음압에 의해 컨테이너(2) 내로 흡입된다.
선택적으로, 공급 라인(4)은, 파이프(10)를 따라 제어 밸브(11) 및/또는 필터(12)의 상류에 배치되는 수동 작동식 차단 밸브(13)를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 공급 라인(4)은 바람직하게는 수위 센서 또는 스위치(14)를 추가로 포함하며, 이는 바람직하게는 컨테이너(2) 내부에 위치되고, 컨테이너(2) 내부의 액체의 수위가 최대 주어진 값에 도달하거나 그를 초과할 때를 감지하거나 전환하도록 구성된다.
다음으로, 조절 밸브(11)는 바람직하게는 수위 센서 또는 스위치(14)로부터 도달하는 신호에 기초하여 개폐하도록 구성된다.
보다 상세하게는, 조절 밸브(11)는 바람직하게는 수위 센서 또는 스위치(14)로부터 도달하는 신호 및 기계(1)의 다른 작동 매개변수에 기초하여 전자 제어 디바이스(9)에 의해 제어된다.
대신에, 배수 라인(6)은 바람직하게는: 컨테이너(2)의 저부로부터 분기/출발하고 기계(1)의 제1 유출구 입구에서 종단되는 메인 파이프(15); 및 파이프(15)를 따라 위치되고 컨테이너(2)의 저부에 축적/정체되는 액체, 즉 고농도의 오염 물질을 갖는 액체를 컨테이너(2)로부터 흡입하고 동일한 액체를 유출구 입구를 향해 펌핑하도록 구성되는, 바람직하게는 전기 작동식인, 흡입 펌프(16)를 포함한다.
도시된 예에서, 특히 흡입 펌프(16)는 바람직하게는 원심(centrifugal) 펌프이다.
선택적으로, 배수 라인(6)은, 파이프(15)를 따라 순환 펌프(16)의 상류, 즉 흡입 펌프(16)와 컨테이너(2) 사이에 위치되는 수동 작동식 차단 밸브(17)를 추가로 포함한다.
차단 밸브(17)는 컨테이너(2)를 격리시켜 컨테이너(2)의 진공 밀봉을 손상시키지 않으면서 흡입 펌프(16)에 대한 가능한 유지 보수 작업을 수행할 수 있게 한다.
바람직하게는, 배수 라인(6)은: 흡입 펌프(16)의 하류에서 메인 파이프(15)로부터 분기되고, 컨테이너(2) 내로 복귀하는 재순환 파이프(18) - 재순환 파이프(18)는 바람직하게는 컨테이너(2)의 저부로부터 주어진 높이에서 그에 연결됨 -; 및 제어식 개폐를 갖는 조절 밸브(19) - 조절 밸브(19)는 메인 파이프(15)를 따라 재순환 파이프(18)의 분기의 하류에 위치되고, 메인 파이프(15)의 단부 섹션을 따라 액체의 흐름을 조절/제어하도록 구성됨 -를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 흡입 펌프(16)는 액체가 재순환 파이프(18) 및 컨테이너(2)에 의해 형성된 폐쇄 링을 따라 연속적으로 순환하게 하도록 추가적으로 구성된다.
따라서, 조절 밸브(19)를 개폐함으로써, 컨테이너(2)의 저부로부터 도달하는 액체를 기계(1)의 제1 유출구 입구를 향해 지향시키거나 지향시키지 않을 수 있다.
바람직하게는, 재순환 파이프는 또한 컨테이너(2)의 저부에 축적/정체되는 액체의 자유 표면 위, 즉 컨테이너(2) 내부의 액체가 도달가능한 최대 수위보다 높이 컨테이너(2)에 연결된다.
또한, 배수 라인(6)은 바람직하게는, 바람직하게는 전기 작동식이고 바람직하게는 체적(volumetric) 유형이며, 메인 파이프(15)의 단부 섹션을 따라, 즉 재순환 파이프(18)의 분기와 조절 밸브(19)(있는 경우)의 하류에 위치되고, 흡입 펌프(16)로부터 도달하는 고농도 오염 물질을 갖는 액체를 기계의 제1 유출구 입구를 향해 주어진 압력으로 펌핑하도록 구성되는 전달 펌프(delivery pump)(20)를 포함한다.
도시된 예에서, 특히 전달 펌프(20)는 바람직하게는 격막(diaphragm) 펌프이다.
선택적으로, 배수 라인(6)은, 메인 파이프(15)의 단부 섹션을 따라 위치되고, 바람직하게는 차단 밸브(19)와 전달 펌프(20) 사이에 개재되는 하나 이상의 수동 작동식 차단 밸브들(21)을 추가로 포함한다.
차단 밸브(들)(21)는, 컨테이너(2)의 진공 밀봉을 손상시키지 않으면서 조절 밸브(19) 및/또는 전달 펌프(20)에서 가능한 유지 보수 작업을 수행할 수 있도록 메인 파이프(15)의 단일 섹션들을 격리시킬 수 있게 한다.
바람직하게는, 전자 제어 디바이스(9)는 기계(1)의 일부 작동 매개변수에 기초하여, 그리고/또는 컨테이너(2)의 저부에 위치된 하나 이상의 센서들(예를 들어, 온도 센서들 및/또는 수위 센서들)에서 도달하는 신호에 기초하여, 존재하는 경우, 흡입 펌프(16), 조절 밸브(19) 및 전달 펌프(20)를 제어하도록 구성된다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 배수 라인(7)은 바람직하게는: 바람직하게는 1 내지 500 리터 범위의 공칭 용량을 갖고, 컨테이너(2)의 상단에서 도달하는 증류액 및/또는 증기를 수용하도록 구성되는 소형 탱크(24); 탱크(24)를 컨테이너/반응기(2)의 상단에 연결하는 제1 파이프(25); 및 탱크(24)를 기계(1)의 제2 유출구 입구에 연결하는 제2 파이프(26)를 포함한다.
도시된 예에서, 특히, 탱크(24)는 바람직하게는 실질적으로 밀폐된 컨테이너이다.
바람직하게는, 배수 라인(7)은 또한 체크 밸브(27) 및/또는 비응축성 가스 배출 디바이스(28)를 포함한다. 체크 밸브(27)는 파이프(25)를 따라 위치되고, 증류액 및/또는 증기가 컨테이너(2)를 향해 복귀하는 것을 방지하도록 배향된다. 비응축성 가스 배출 디바이스(28)는 바람직하게는 탱크(24)의 상단에 배치되고, 탱크(24)에 존재하는 비응축성 가스를 탱크(24) 외부로 배기/배출하도록 구성된다.
도시된 예에서, 특히, 비응축성 가스 배출 디바이스(28)는 탱크(24) 외부로 비응축성 가스를 자동으로 배기/배출하도록 구조화된다.
추가적으로, 배수 라인(7)은 바람직하게는, 파이프(26)를 따라: 탱크(24)로부터 증류액을 흡입하고 상기 액체를 주어진 압력으로 기계의 제2 유출구 입구로 전송하도록 구성되는, 바람직하게는 전기 작동식인, 흡입 펌프(29); 및 또한 바람직하게는, 바람직하게는 흡입 펌프(29)의 하류에 위치되고, 기계의 제2 유출구 입구를 향해 증류액의 흐름을 조절/제어하도록 구성되는, 제어식 개폐를 갖는 조절 밸브(30)를 포함한다.
따라서 증류액은 흡입 펌프(29)와 조절 밸브(30)를 동시에 작동시키는 기계(1) 외부로 배출된다.
도시된 예에서, 특히 흡입 펌프(29)는 바람직하게는 원심 펌프이다.
선택적으로, 배수 라인(7)은 파이프(26)를 따라, 바람직하게는 흡입 펌프(29)의 상류 및 조절 밸브(30)의 하류에 위치되는 하나 이상의 수동 작동식 차단 밸브들(31)을 추가로 포함한다.
차단 밸브(들)(31)는 흡입 펌프(29) 및/또는 조절 밸브(30)에 대한 가능한 유지 보수 작업을 수행할 수 있도록 파이프(26)를 격리시킬 수 있게 한다.
바람직하게는, 전자 제어 디바이스(9)는, 존재하는 경우, 탱크(24) 내부에 위치된 하나 이상의 수위 센서들로부터 도달하는 신호에 기초하여, 그리고/또는 파이프(26)를 따라 위치된 하나 이상의 유량 센서들에 기초하여, 그리고/또는 기계(1)의 일부 작동 매개변수들에 기초하여 흡입 펌프(29) 및 조절 밸브(30)를 제어하도록 구성된다.
도 2를 참조하면, 다음으로 진공 발생 장치(3)는 바람직하게는, 컨테이너(2)를 음압으로 유지하기 위해 컨테이너(2)에 의해 생성된 증류액을 이용하기 위해 배수 라인(7)에 직접 연결된다.
즉, 진공 발생 장치(3)는 컨테이너(2)에 의해 생성된 증류액 및/또는 증기를 작동 유체로 사용한다.
더 상세하게는, 도시된 예에서, 진공 발생 장치(3)는 바람직하게는: 파이프(25)를 따라, 탱크(24)의 바로 상류에 위치되는 이젝터(34)(즉, 탱크(24)와 체크 밸브(27) 사이에 위치됨); 및 바람직하게는 전기적으로 작동되고, 바람직하게는 원심형이고, 탱크(24)를 이젝터(34)에 직접 연결하는 재순환 파이프(36)를 따라 위치되는 순환 펌프(35)를 포함한다.
순환 펌프(35)는 탱크(24)로부터 증류액 또는 증기를 흡입하고 이를 이젝터(34)로 전달하여 이젝터(34)가 음압(벤츄리 효과)에 의해 파이프(25)를 따라 존재하는 증류액 및/또는 증기도 흡입하도록 한다.
선택적으로, 진공 발생 장치(3)는 또한, 재순환 파이프(36)를 따라 순환 펌프(35)의 상류 및/또는 하류에 위치되는 하나 이상의 수동 작동식 차단 밸브들(37)을 포함한다.
차단 밸브(들)(37)는 순환 펌프(35)에 대한 가능한 유지 보수 작업을 수행할 수 있도록 재순환 파이프(36)를 격리시킬 수 있게 한다.
바람직하게는, 전자 제어 디바이스(9)는 탱크(24) 내부에 위치되는 하나 이상의 수위 센서들로부터 도달하는 신호에 기초하여, 그리고/또는 컨테이너(2) 내부에 위치되는 하나 이상의 압력 센서들로부터 도달하는 신호에 기초하여, 그리고/또는 기계(1)의 일부 작동 매개변수들에 기초하여 순환 펌프(35)에 명령을 내리도록 구성된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 열 펌프 증발기/응축기 조립체(5)는, 다른 한편으로는: 컨테이너(2)의 저부에 정체된 액체를 가열하도록 구성되고, 바람직하게는 배수 라인(6)의 재순환 파이프(18)를 따라 위치되어 컨테이너(2)로 재유입되는 고농도 오염 물질이 있는 액체를 빠르게 가열하는, 전통적으로 고압 열 교환기 또는 응축기로 칭하는 제1 열 교환기(41); 컨테이너(2) 내부에 형성되는 증기를 냉각/응축시키도록 구성되고, 바람직하게는 배수 라인(7)을 따라 또는 그 유입구에 위치되어 컨테이너(2)에서 나오는 증기를 신속하게 냉각하고 또한 적어도 부분적으로 응축시키는, 전통적으로 저압 열 교환기 또는 증발기로 칭하는 제2 열 교환기(42); 및 고압 열 교환기(41)의 유출구와 저압 열 교환기(42)의 유입구 사이에 개재되고, 열 교환기(41)의 유출구로부터 열 교환기(42)의 유입구를 향해 흐르는 기체 상태의 냉매 유체의 신속하고 비가역적인 팽창을 유발하여, 열 교환기(42)로 유입되는 냉매 유체가 열 교환기(41)에서 유출되는 냉매 유체보다 감지가능하게 더 낮은 압력 및 온도를 갖게 하도록 구성되는, 바람직하게는 전자 제어식인, 팽창 밸브(43)를 포함한다.
분명히, 팽창 밸브(43)는 모세관 또는 다른 능동 또는 수동 팽창 부재로 대체될 수 있다.
열 펌프 증발기/응축기 조립체(5)는 또한, 열 교환기들(41, 42) 사이에 개재되고 열 교환기(42)에서 유출되어 열 교환기(41)로 유입되는/복귀하는 냉매 유체를 압축하도록 구성되는, 바람직하게는 전기 작동식인, 압축기(44)를 포함한다.
보다 구체적으로, 압축기(44)는 바람직하게는 체적 압축기이고, 저압 열 교환기(42)의 유출구와 고압 열 교환기(41)의 유입구 사이에 개재되어, 열 교환기(41)를 향해 지향되는 냉매 유체의 압력 및 온도를 증가시킨다.
도시된 예에서, 특히 저압 열 교환기(42)는 바람직하게는 배수 라인(7)의 파이프(25)를 따라, 컨테이너(2)의 바로 하류에 위치된다.
또한, 바람직하게는 저압 열 교환기(42)는 컨테이너(2) 내부에서 컨테이너(2)의 상단에 적어도 부분적으로 수용/삽입되어 배수 라인(7)의 초기 섹션을 형성한다.
바람직하게는, 열 펌프 증발기/응축기 조립체(5)는 또한, 배수 라인(7)의 탱크(24) 내부에 있는 증류액 및/또는 증기를 냉각할 수 있도록 해당 탱크(24) 내부에 위치되는, 전통적으로 보조 증발기로 칭하는 제2 저압 열 교환기(45)를 포함한다.
보다 구체적으로, 열 교환기(45)는 바람직하게는 저압 열 교환기(42)에 병렬로 연결되고, 열 펌프 증발기/응축기 조립체(5)는 바람직하게는, 열 교환기(45)의 유입구의 상류에 위치되고, 열 교환기(41)의 유출구로부터 흘러 열 교환기(45)의 유입구를 향해 지향되는 기체 상태 냉매 유체의 신속하고 비가역적인 팽창을 유발하여, 열 교환기(45)로 유입되는 냉매 유체가 열 교환기(41)에서 유출되는 냉매 유체보다 감지가능하게 더 작은 압력 및 온도를 갖게 하도록 구성되는, 제2 팽창 밸브(46) 또는 다른 능동 또는 수동 팽창 부재를 추가로 포함한다.
분명히, 제2 저압 열 교환기(45)의 유출구도 압축기(44)의 흡입부에 연결된다.
바람직하게는, 전자 제어 디바이스(9)는 또한, 기계(1)의 일부 작동 매개변수들에 기초하여, 그리고/또는 압축기(44)의 전달 및/또는 흡입에 위치되는 하나 이상의 압력 센서들로부터 도달하는 신호에 기초하여 압축기(44) 및 선택적으로 팽창 밸브(43), 그리고 존재하는 경우, 팽창 밸브(46)에 명령을 내리도록 구성된다.
대안적으로, 팽창 밸브(43)는 자동 기계 또는 전자 시스템에 의해 제어될 수 있다. 또한, 밸브(46)는, 존재하는 경우, 자동 온도 조절 밸브일 수 있다.
선택적으로, 증발기/응축기 조립체(5)는 또한, 고압 열 교환기(41)의 바로 하류에 위치되고, 과도한 열을 외부 환경으로 전달하는 냉매 유체의 응축을 완료하도록 구성되는, 바람직하게는 핀형 팩(finned-pack) 유형의 보조 열 교환기(47)를 또한 포함한다.
보조 열 교환기(47)에 추가로 또는 대안적으로, 증발기/응축기 조립체(5)는 또한, 팽창 밸브(43) 및, 존재하는 경우, 팽창 밸브(46)의 바로 상류에 위치되고, 팽창 밸브(들)(43, 46)를 향해 지향되는 기체 상태의 냉매 유체를 더 냉각시키도록 구성되는 제2 보조 열 교환기(48)를 포함한다.
보다 상세하게는, 보조 열 교환기(48)는 바람직하게는 외부 유압 회로에 연결되어, 열 교환기(41)로부터 도달하는 냉매 유체와 외부 유압 회로로부터 도달하는 저온 열전달 유체가 동시에 교차되도록 하여, 팽창 밸브(들)(43, 46)를 향해 지향되는 냉매 유체에서 열을 제거하게 한다.
바람직하게는, 보조 열 교환기(48)를 순환하는 저온 열전달 유체의 순환이 조절될 수 있다.
더욱 상세하게는, 도시된 예에서, 보조 열 교환기(48)는, 바람직하게는 열전달 유체를 보조 열 교환기(47)의 유입구로 전달하도록 선택적으로 구성되는, 바람직하게는 전기 작동식인, 제어-스위칭 삼방 밸브(49)에 의해 외부 유압 회로에 연결된다.
바람직하게는, 전자 제어 디바이스(9)는 또한, 존재하는 경우, 보조 열 교환기(48) 내부의 저온 열 전달 유체의 순환을 조절하는 밸브(들)를 제어하도록 구성된다.
열 펌프 증발기/응축기 조립체(5) 내부에 수용된 냉매 유체(즉, 압축기(44)가 열 교환기들(41, 42) 내부 및 선택적으로 열 교환기들(45 및/또는 47) 내부에서 순환시키는 가스)는, 다음으로, 3% 초과의 백분율로 하이드로플루오로올레핀 계열의 하나 이상의 가스들을 포함한다.
바람직하게는, 하이드로플루오로-올레핀 계열의 가스(들)는 또한 더 많은 양/백분율의 냉매 유체의 성분들이다.
보다 상세하게는, 냉매 유체는 바람직하게는 30% 초과, 및 선택적으로 또한 50% 초과의 백분율로 하이드로플루오로올레핀 계열의 하나 이상의 가스들을 포함한다.
선택적으로, 냉매 유체는 또한 바람직하게는 50% 미만의 백분율로 하이드로플루오로카본 계열의 하나 이상의 가스들을 포함할 수 있다.
더욱 상세하게는, 도시된 예에서, 열 펌프 증발기/응축기 조립체(5)에 수용된 냉매 유체는 바람직하게는 75% 초과의 백분율로 하이드로플루오로올레핀 계열의 하나 이상의 가스들을 포함한다.
즉, 냉매 유체는 바람직하게는 주로 하이드로플루오로올레핀 계열의 하나 이상의 가스들로 구성된다.
도 2를 단독으로 참조하면, 바람직하게는 하수 처리기(1)는, 마지막으로: 컨테이너(2) 내부에서 배수 라인(7) 입구 아래에 위치되고, 증기의 흐름에 의해 상향으로 끌려오는 액체 방울이 배수 라인(7)의 입구에 도달하는 것을 방지하도록 구성되는 분리기/미스트 제거(demister) 필터(50); 및/또는 컨테이너(2)의 저부에 위치되고, 증발기/응축기 조립체(5)에 추가로 또는 그에 대안적으로 컨테이너(2) 내부에 존재하는 액체를 선택적으로 가열하도록 구성되는 저항기(51)를 포함한다.
분명히, 저항기(51)는 전류가 가로질러 흐를 때 열을 생성하는 임의의 다른 전기 디바이스로 대체될 수 있다.
도시된 예에서, 특히 분리기/미스트 제거 필터(50)는 바람직하게는 컨테이너(2) 내부에서, 열 교환기(42) 바로 아래에 배치된다.
바람직하게는, 전자 제어 디바이스(9)는 컨테이너(2) 내부에 위치되는 하나 이상의 온도 신호들로부터 도달하는 신호에 기초하여, 그리고/또는 기계(1)의 일부 작동 매개변수들에 기초하여 저항기(51) 등에 명령을 내리도록 구성된다.
이상에서 설명한 것으로부터, 하수 처리기(1)의 동작을 용이하게 유추할 수 있다.
처리될 액체는 진공 발생 장치(3)에 의해 생성되는 음압의 효과에 의해 공급 펌프의 사용 없이 반응기/컨테이너(2) 내로 흡입된다.
흡입 펌프(16)는 컨테이너(2)의 저부로부터 액체를 흡입하여 증발기/응축기 조립체(5)의 열 교환기(41)로 전송하고, 열 교환기(41)는 액체의 증발에 필요한 열을 제공한다.
열 교환기(41)를 통과한 후, 처리될 액체는 컨테이너(2)로 다시 유입되며, 여기서 대기압보다 낮은 압력의 효과에 의해 액체의 일부가 즉시 증발하고(플래시 증발(flash evaporation)) 컨테이너(2)의 상부로 향해 지향된다.
컨테이너(2)를 따라 상향으로 이동하는 동안, 수증기는 더 큰 방울을 보유하는 분리기 필터(50)를 가로지르고, 이어서 배수 라인(7)의 유입구에서 또는 그를 따라 증기의 전체 또는 부분 응축을 유발하는 저압 열 교환기(42)에 도달한다. 생성된 응축액/증류액은 탱크(24) 내부에 축적되고, 흡입 펌프(29)의 활성화 및 조절 밸브(30)의 동시 개방에 따라 기계 외부로 전달된다.
다른 한편으로, 탱크(24) 내부에 존재하는 비응축성 가스들은 비응축성 가스 배출 디바이스(28)에 의해 탱크(4)로부터 배기된다.
분명히, 수성 베이스의 일부의 증발에 기인하여, 컨테이너(2)의 저부에 남아 있는 액체는, 조절 밸브(19)의 개방 및 전달 펌프(20)의 활성화에 따라 기계(1) 외부로 배출/전달될 때까지 오염 물질의 농도가 점진적으로 증가한다.
3% 초과, 보다 편리하게는 30% 초과의 백분율로 하이드로플루오로올레핀 계열의 하나 이상의 가스들을 포함하는 새로운 냉매 유체의 사용과 관련된 이점들은 현저하다.
실험적 테스트에서, 새로운 냉매 유체가 열 펌프 증발기/응축기 조립체(5)의 효율을 증가시키는 동시에 기계의 GWP 지수 값을 낮추는 것이 확인되었다.
마지막으로, 그러나 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 전술한 하수 처리기(1)에 변경 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 명백하다.
예를 들어, 비응축성 가스 배출 디바이스(28)는 명령에 따라 탱크(24) 외부로 비응축성 가스를 배출하도록 구조화될 수 있다. 이 경우, 전자 제어 디바이스(9)는 또한 비응축성 가스 배출 디바이스(28)에도 명령을 내릴 수 있다.
추가적으로, 도 3을 참조하면, 대안적인 실시예에서, 열 펌프 증발기/응축기 조립체(5)의 고압 열 교환기(41)는, 바람직하게는 컨테이너의 외부에서, 컨테이너(2)의 저부에 인접하게, 보다 편리하게는 그와 접촉하게 위치되어, 컨테이너(2)의 저부에 존재하는 액체에 직접 열을 전달하도록 한다.
다음으로, 저압 열 교환기(42)는 바람직하게는 컨테이너(2)의 내부에 전체적으로 배치/수용되며, 컨테이너(2)의 상단은 바람직하게는 열 교환기(42)로부터 떨어지는 응축액을 일시적으로 모으도록 구조화된다.
또한, 이 실시예에서, 하수 처리기(1)에는 바람직하게는, 컨테이너/반응기(2) 내부에서 컨테이너의 저부에 가깝게 위치되는 회전 가능한 교반 부재(60) - 바람직하게는 컨테이너(2)의 길이방향 축과 실질적으로 일치하는 주어진 회전축(A)을 중심으로 회전하는 능력을 가짐 -; 및 바람직하게는 컨테이너(2) 외부에 위치되고, 축(A)을 중심으로 교반 부재(60)를 회전 구동하도록 구성되는, 바람직하게는 전기 작동식인, 모터 조립체(61)가 구비된다.
바람직하게는, 회전 가능한 교반 부재(60)는 또한 축(A)을 중심으로 하는 회전 동안 컨테이너(2)의 내부 표면을 긁을 수 있도록 구조화된다.
보다 상세하게는, 회전 가능한 교반 부재(60)에는 바람직하게는 축(A)을 중심으로 각지게 분포되고 컨테이너(2)의 내부 표면을 스키밍하며(skimming) 연장되는 일련의 방사상 블레이드들이 제공된다.
바람직하게는, 회전 가능한 교반 부재(60)는 또한 상부에서 시작하여 컨테이너(2) 내부로 돌출되고 축(A)에 동축으로 컨테이너(2) 내부에서 외팔보형으로 연장되며, 모터 조립체(61)에 의해 회전 구동되는 지지 샤프트(62)의 단부에 견고한 방식으로 고정/끼워맞춤된다.
다음으로, 모터 조립체(61)는 기본적으로, 바람직하게는 컨테이너(2)의 외부에서 컨테이너(2)의 상단에 위치되고, 지지 샤프트(62)에 기계적으로 결합되어 지지 샤프트(62) 및 그에 일체로 형성된 것을 축(A)을 중심으로 회전 구동할 수 있게 하는 전기 기어모터로 구성된다.
바람직하게는, 전자 제어 디바이스(9)는 또한 기계(1)의 일부 작동 매개변수들에 기초하여 모터 조립체(61)에 명령을 내리도록 구성된다.
이 실시예에서도, 열 펌프 증발기/응축기 조립체(5)에 수용된 냉매 유체는 3% 초과의 백분율로, 보다 편리하게는 30% 초과의 백분율로, 또는 심지어 50% 초과의 백분율로 하이드로플루오로올레핀 계열의 하나 이상의 가스들을 포함한다.
대안적이고 도시되지 않은 실시예에서, 마지막으로, 컨테이너/반응기(2)는, 형상이 실질적으로 원통형이고 직사각형이고, 바람직하게는 실질적으로 수평으로 연장되는 큰 수밀 밀폐 용기로 이루어질 수 있다.
추가적으로, 회전 가능한 교반 부재는, 컨테이너/반응기(2) 내부에, 컨테이너/반응기(2)의 길이방향 축에 실질적으로 동축으로 또는 어떻게든지 평행하게 축방향으로 회전 가능한 방식으로 삽입되고, 선택적으로, 그 길이방향 축을 중심으로 하는 회전 동안 컨테이너/반응기(2)의 저부를 긁을 수 있도록 치수가 지정되는 나사로 이루어질 수 있다.
분명히, 나사는 바람직하게는 컨테이너/반응기(2) 외부에 위치되는 바람직하게는 전기 작동식인 모터 조립체에 의해 회전 구동된다.

Claims (16)

  1. 하수 처리기(1)로서,
    처리될 액체가 그 내부에서 끓게 되는 밀폐 컨테이너(2);
    상기 밀폐 컨테이너(2)의 내부를 환경/외부 압력보다 낮은 값을 갖는 주어진 압력으로 유지하도록 구성된 진공 발생 장치(3);
    상기 처리될 액체를 상기 밀폐 컨테이너(2)의 내부로 전달하도록 구성되는, 상기 처리될 액체를 위한 공급 라인(4);
    상기 밀폐 컨테이너(2)의 저부에 존재하는 액체에 열을 전달하여 상기 액체를 끓게 할 수 있도록, 그리고 동시에 상기 밀폐 컨테이너(2)의 상단에 도달하는 증기로부터 열을 제거하여 상기 증기를 응축하고 증류액을 획득할 수 있도록 상기 밀폐 컨테이너(2)에 연계되고, 3% 초과의 백분율로 하이드로플루오로올레핀 계열의 하나 이상의 가스들을 포함하는 냉매 유체를 수용하는 열 펌프 조립체(5);
    상기 밀폐 컨테이너(2)의 상기 저부 부분에서 분기/출발하고, 상기 밀폐 컨테이너(2)의 저부에 축적/정체된 액체를 상기 밀폐 컨테이너(2) 외부로 전달/이동하도록 구성되는 제1 배수 라인(6); 및
    상기 밀폐 컨테이너(2)의 상부로부터 분기/출발하고, 상기 밀폐 컨테이너(2) 내부에서 형성되는 증기 및/또는 상기 증기의 응축으로부터 생성된 증류액을 상기 밀폐 컨테이너(2) 외부로 전달/이동하도록 구성되는 제2 배수 라인(7)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 하수 처리기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 유체는 30% 초과의 백분율로 하이드로플루오로올레핀 계열의 하나 이상의 가스들을 포함하는, 하수 처리기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉매 유체는 50% 초과의 백분율로 하이드로플루오로올레핀 계열의 하나 이상의 가스들을 포함하는, 하수 처리기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 유체는 75% 초과의 백분율로 하이드로플루오로올레핀 계열의 하나 이상의 가스들을 포함하는, 하수 처리기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 유체는 하이드로플루오로카본 계열의 하나 이상의 가스들을 포함하는, 하수 처리기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 발생 장치(3)는 상기 밀폐 컨테이너(2) 내부의 압력을 0.8 bar 미만의 값으로 연속적으로 유지하도록 구성되는, 하수 처리기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 라인(4)은 상기 밀폐 컨테이너(2) 내부로 유입되는 상기 처리될 액체의 유량을 제어/변동시켜 상기 밀폐 컨테이너(2) 내부의 액체의 수위를 주어진 값 근처에서 지속적으로 유지하도록 구성되는, 하수 처리기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 펌프 조립체(5)는,
    상기 밀폐 컨테이너(2)의 저부에 정체된 액체를 가열하도록 구성되는 제1 열 교환기(41); 상기 밀폐 컨테이너(2) 내부에 형성되는 증기를 냉각/응축하도록 구성되는 제2 열 교환기(42); 및
    상기 제1 열 교환기(41)와 상기 제2 열 교환기(42) 사이에 개재되고, 상기 제2 열 교환기(42)로 향해 지향되는 상기 냉매 유체의 급속 팽창을 유발하도록 구성되는 제1 팽창부재(43)를 포함하는, 하수 처리기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 열 교환기(41)는 상기 제1 배수 라인(6)의 재순환 파이프(18)를 따라, 또는 상기 밀폐 컨테이너(2)의 저부에 인접하여 위치되는, 하수 처리기.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제2 열 교환기(42)는 적어도 부분적으로 상기 밀폐 컨테이너(2) 내부, 또는 상기 제2 배수 라인(7)을 따라 위치하는, 하수 처리기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 배수 라인(7)은, 상기 밀폐 컨테이너(2)로부터 도달하는 증기 및/또는 증류액을 수용하도록 구성되는 탱크(24)를 포함하는, 하수 처리기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 열 펌프 조립체(5)는, 상기 탱크(24) 내부에 위치되는 상기 증기 및/또는 증류액을 냉각할 수 있도록 상기 제2 배수 라인(7)의 상기 탱크(24) 내부에 위치되는 제3 열 교환기(45)를 추가로 포함하는, 하수 처리기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 열 교환기(45)는 상기 제2 열 교환기(42)와 병렬로 연결되며, 상기 열 펌프 조립체(5)는, 상기 제1 열 교환기(41)와 상기 제3 열 교환기(45) 사이에 개재되고 상기 제3 열 교환기(45)를 향해 지향되는 냉매 유체의 급속 팽창을 유발하도록 구성되는 제2 팽창 부재(46)를 추가로 포함하는, 하수 처리기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀폐 컨테이너(2) 내부에서, 상기 컨테이너의 저부에 근접하게 위치되는 회전 가능한 교반 부재(60) - 상기 회전 가능한 교반 부재(60)는 주어진 회전축(A)을 중심으로 회전하는 능력을 가짐 -, 및
    상기 회전축(A)을 중심으로 상기 교반 부재(60)를 회전 구동하도록 구성되는 모터 조립체(61)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 교반 부재(60)는 상기 회전축(A)을 중심으로 하는 회전 동안 상기 밀폐 컨테이너(2)의 내부 표면을 긁도록 구조화되는, 하수 처리기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀폐 컨테이너(2) 내부에서, 상기 제2 배수 라인(7)의 입구 아래에 위치되고, 증기의 흐름에 의해 상향으로 끌려오는 임의의 액체 방울들이 상기 제2 배수 라인(7)에 도달하는 것을 방지하도록 구성되는 분리기/미스트 제거(demister) 필터(50)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 하수 처리기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    지면에 안정적으로 안착되도록 구성되는 강성 지지 프레임워크(8)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 밀폐 컨테이너(2), 상기 진공 발생 장치(3), 상기 공급 라인(4), 상기 열 펌프 조립체(5), 상기 제1 배수 라인(6) 및 상기 제2 배수 라인(7)은 용이하게 운반 가능한 단일 블록을 형성하도록 상기 강성 지지 프레임워크(8) 상에 배치되는, 하수 처리기.
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