KR910003056B1 - 2중 동결 격실 정수 시스템 및 방법 - Google Patents

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엔. 창 씨.
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폴라 스프링 코포레이션
윌리암 엠. 콘론
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Abstract

내용 없음.

Description

2중 동결 격실 정수 시스템 및 방법
제1도는 처리 사이클중의 불순한 물 및 정화된 물의 유동 경로들을 도시하는 본 발명의 시스템의 일실시예의 단순화된 부분 개략 횡단면도.
제2도는 제1도의 본 발명의 시스템의 실시예의 단순화된 측면도.
제3a도 및 제3b도는 증기 압축 냉동 코일 시스템을 포함하는 본 발명의 시스템의 제1의 적합한 실시예의 단순화된 측면도. 제3a도 및 제3b도는 각각 시스템의 작동사이클의 상이한 단계중의 냉매의 유동을 도시한다.
제4도는 단일 증기 압축 냉동 코일 시스템을 포함하는 본 발명의 시스템의 또다른 적합한 실시예의 단순화된 측면도.
제5도는 열펌프 및 열펌프의 급열을 돕기 위한 열전달 유체 코일 시스템을 포함하는 본 발명의 시스템의 제3의 적합한 실시예의 단순화된 측면도.
제6도는 본 발명의 시스템의 또 다른 적합한 실시예의 하나의 격실의 횡단면도.
제7도는 본 발명의 시스템의 또 다른 적합한 실시예의 단순화된 횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 2 : 격실 9, 10 : 증기 압축 코일
25, 26 : 트로프 34 : 제품 탱크
35 : 폐수 탱크 139, 320 : 열펌프
160, 163 : 타이머
본 발명은 물을 부분적으로 동결시켜, 동결되지 않은 액체 부분을 배수시키고 나서, 동결된 부분을 녹이는 정수 방법들 및 시스템들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 물이 제1격실내에서 동결되고 얼음이 제2격실내에서 녹게되는 전단계 및 얼음이 제1격실내에서 녹게되고 물이 제2격실내에서 동결되는 후단계를 포함하는 다단계 작동 사이클을 이용하는 정수 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
가장 널리 사용되는 정수 방법은 증류법인데, 이는 순수한 수증기가 발생하도록 용액에 열을 가함으로써 성취된다. 이때, 수증기는 순수한 액체의 물을 산출시키기 위해 통상적으로 응축된다. 물을 증발시키는데에 필요한 열량은 약 600㎈/g(1000BTU/1b)이다. 증기를 응축시키기 위해서는 600㎈/g(1000BTU/1b)의 부가적인 열량이 증기로부터 제거되어야 한다. 이상적으로는, 초기 증발을 위해 필요한 600㎈/g(1000BTU/1b)의 에너지 입력 요구들을 감소시키기 위해 증발 및 응축 단계들을 캐스케이드시킬 수 있다. 실제로는, 이상적인 경우보다 더욱 큰 에너지가 요구된다. 증류 시스템들을 캐스케이드하는 기술에서는 제품에 대해 적어도 30㎈/g(50BTU/1b)의 열량을 요구한다. 상기와 같은 용량의 시스템들은 거대하고, 복잡하며, 고가이다.
다른 정화 기술은 수용액이 얼 때 수용액내에 함유된 불순물(고체들 및 기체들)들이 배제되는 현상에 의존으로 하는 냉동 정화법이다. 따라서, 부분적으로 동결된 수용액의 동결 부분은 얼지 않은 액체 부분보다 훨씬 더 낮은 불순물 농도를 갖게 된다.
예컨대 도시의 수요를 충족시키기 위해서, 다량의 염수를 정화하는데에 동결 기술들을 이용하는 것이 제안되어 왔다. 예컨대, 1968. 10. 8자로 아론슨(Aronson)에게 허여된 미합중국 특허 제 3,404,536호에는 2중격실, 순간(flash) 동결 정화 시스템이 기재되어 있다. 1일 약 250,000 갈론의 염수를 처리하도록 설계된 아론슨 시스템은 매우 복잡하다. 아론슨은 제1저압 격실내의 노즐로부터 2.8℃(37℉)의 염수를 분무하므로, 물은 분무 노즐들과 인접하게 위치된 스크린들 상에서 순간적으로 동결되게 된다. 동결 단계 동안 격실은 제1격실을 통과하는 코일들내로 유동하는 -4.4℃(24℉)의 냉매에 의해 저압으로 유지된다. 후에, 얼음으로 덮힌 스크린들은 세척되고, 염액은 배수되게 된다. 또한, 3.9℃(39℉)의 냉매는 제1격실내의 코일들을 통해 유동하게 되어, 제1격실내의 저장기내의 액체를 증발시키며, 이는 스크린들 상의 얼음을 녹게한다. 사이클을 완성하기 위해, 녹은 얼음은 배수된다.
-4.4℃(24℉)의 유체가 제1격실내의 코일들을 통해 유동하는 동안, 3.9℃(39℉)의 유체는 동일한(역시 스크린들 상으로 염수를 분무하는 분무 노즐들을 가지고 있는) 제2격실의 코일들을 통해 유동하게 되어 제2격실내의 스크린들 상의 얼음을 녹게 한다. 제1격실내에서 동결 작업이 끝나고, 밸브들이 3.9℃(39℉)의 유체를 제1격실을 통해 유동시키도록 변환될 때, 밸브들은 -4.4℃(24℉)의 냉매를 제2격실의 코일들을 통해 유동시키도록 동시에 변환된다. 따라서 동결 및 용융 작업들은 서로에 대해 180°의 위상으로 제1 및 제2격실들내에서 이행된다.
아론슨 시스템은 양 격실들로의 냉매의 유동을 제어하는 밸브들을 포함하는 매우 복잡한 열펌프 서브시스템을 필요로 한다. 열펌프는 3.9℃(39℉)의 냉매를 열펌프내로 유동시켜 하나의 관내의 격실들중 하나의 격실로 유동시키고, 다음에 -4.4℃(24℉)의 냉매를 열펌프로부터 동일한 격실로 또한 동일한 관내로 유동시키도록 격실들로의 냉매의 유동을 주기적으로 역전시킨다.
다른 실시예에서, 아론슨은(브롬화 리튬과 같은) 흡수/탈착 냉매를 냉동 서브시스템의 코일들 내의 35.0℃(95℉)의 증기와 29.4℃(85℉)의 물의 교호적인 흐름들과 함께 사용한다. 모든 실시예들에 있어서, 복잡한 밸브들의 시스템 및 복잡한 열펌프를 포함하는 거대한 장치가 요구된다. 순간 동결을 이용하여 다량의 염수를 처리하기 위해서는 높은 열전달이 요구되므로, 아론슨 시스템의 냉동 요소들은 복잡한 설계를 가져야 한다. 브롬화리튬이 사용되는 경우, 아론슨 시스템내의 냉매의 누출을 처리중인 물을 오염시킬 위험성이 있다.
또다른 동결 정화 기술은 1965. 10. 19자로 섬머스, 주니어(Sommers, Jr.)에게 허여된 미합중국 특허 제 3,212,272호에 기재되어 있다. 섬머스 시스템은 인접한 격실(compartment)들 사이에 위치된 열전기식 열펌프들의 적층(stack)들을 이용한다. 염수는 격실들에 교대로 채워진다. 펌프들은 자체의 "코울드(cold)"접점(열흡수 접점)들이 액체 염수와 접하도록 DC 전원과 전기적으로 연결되어 있다. 펌프들은 격실내의 액체 물을 바닥으로부터 위로 동결시키도록 선택적으로 작동된다(최하 펌프가 먼저 작동되고 최상 펌프가 나중에 작동됨). 펌프들의 "핫(hot)"접점들은 펌프들이 선택적으로 작동될 때 얼음을 바닥으로부터 위로 녹이도록 격실들에 교대로 보유된 다른 얼음과 접한다. 녹은 얼음은 신선한 물 저장 구역으로 배수된다. 다음에, 펌프들의 전기적 연결들은 역전되고 보유하고 있던 얼음이 녹아버린 비워진 격실들에는 염수가 채워진다. 펌프들은 격실들을 교대로 동결 및 용융시키도록 다시 바닥으로부터 위로 선택적으로 작동된다.
섬머스 시스템의 격실들은 액체가 자체의 내부에 보유된 얼음의 경사진 상부 표면으로부터 배수되도록 경사져 있다. 상기 형태는, 보조적인 제어 장치에 의해 중화되지 않는한, 격실들 내의 유체의 염의 농도 및 비중에 있어서의 고유한 불균일성들로 인해, 불균일한 비율의 얼음 형성을 가져오게 된다. 섬머스 시스템의 또다른 단점은 사용되는 열전기식 펌프들이 에너지 면에서 비효율적이므로 작동에 있어서 비경제적이라는 점이다. 예컨대, (멜코사에 의해 제작된) 열전기식 열펌프 모델 CP 5-31-06L은 0.56의 성능 계수를 갖는다. 따라서 멜코펌프는 염수로부터 125 와트의 열을 제거하는데에 전원으로부터 225 와트를 소모하게 된다. 또한, 섬머스 시스템은(아론스 시스템과 마찬가지로) 물리적으로 거대하고 부피가 크므로, 소량 내지 적당량(즉, 1일 수십 갈론 또는 그 이하)의 물을 정화하기 위한 가정용으로서 사용하기에 부적합하다.
[아론슨 및 섬머스의 방법들과 같은 회분법(batch process)들과 대조되는]연속 동결 정화 처리법들도 또한 도시의 상수도의 탈염을 위해 사용되어 왔다(예컨대, 1일 백만 갈론의 플랜트 처리 능력을 갖는다). 상기와 같은 처리법들은 대량의 물을 탈염하는데도 성공적이나, 다수의 이동 요소들을 갖는 복잡한 설비가 요구되므로 대규모 처리에 대해서 조차 과중한 자본 비용 부담을 갖게 된다.
가정용 또는 식당용 설비로서 사용하기에 적합한 단순하고, 안전하며, 경제적이고 신뢰성있는 다중 격실회분 시스템을 이용하여 물을 동결 정화하는 방법은 본 발명 이전까지는 공지되지 않는다. 본 발명의 시스템은 이동부분들을 거의 또는 전혀 가지고 있지 않으며, 생성된 얼음의 스크래핑 또는 반송을 필요로하지 않고, 화학제품 또는 카트리지(catridge)의 교체를 필요로 하지 않으며, 또한 가정용 또는 식당용 설비로서 사용되기에 적합한 소형 하우징내에 포함되어 처리되는 물에 대해 약 9.28㎈/g[16.7BTU/1b(40Wh/gal)]의 전기 에너지 소비로 1일 최대 5 최대 갈론까지의 물 내의 불순물을 95%까지 제거할 수 있다.
본 발명의 시스템은 동결 및 용융 작업에 교호적으로 사용되는 2개 또는 그 이상의 격실들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 각각의 격실들의 쌍에 대해 2개의 증기 압축 냉동 코일들이 제공되어 있다. 하나의 코일의 증발기 부분은 제1격실과 관련되어 있고(내부에 함침되어 있거나 주위에 감겨있음) 응축기 부분은 제2격실과 관련되어 있다. 나머지 다른 코일의 응축기 부분은 제1격실과 관련되어 있고, 상기 나머지 다른 코일의 증발기 부분은 제2격실과 관련되어 있다.
본 시스템은 3단계 사이클로 작동한다. 제1단계에서, 하나의 코일은 제1격실내의 물을 부분적으로 동결시키면서 동시에 제2격실내의 얼음을 녹이도록 작동된다. 또한 녹은 얼음은 제2격실로부터 배수된다. 다음 단계에서는, (고농도의 불순물들을 포함하고 있는) 동결되지 않은 액체는 제1격실로부터 배수되고(저농도의 불순물들을 포함하고 있는) 물은 제2격실로 공급된다. 마지막 단계에서는, 나머지 다른 코일은 제2격실내의 물을 부분적으로 동결시키면서 동시에 제1격실내의 얼음을 녹이도록 작동된다. 다음에 상기 사이클은 반복된다.
선택적으로, 각각의 격실들의 쌍에 대해 하나의 코일 단부가 양쪽의 격실과 관련된 단일 열전달 코일 시스템이 제공될 수 있다. 일련의 밸브들은 사이클의 제1과 제3단계들 사이에서 코일내의 열전달 유체 유동을 방향 전환시키도록 변환되므로 각각의 코일 단부는 열을 관련된 격실로부터 제거하는 것과 열을 관련된 격실로 공급하는 것을 교대로 행한다. 열전달 코일 시스템은 각각의 코일 단부가 증발기로서 및 응축기로서의 역할을 교대로 수행하는 증기 압축 냉동 코일을 포함할 수 있다.
적합하게, 각각의 격실의 표면적 대 체적의 비율, 및 동결-용융 사이클의 빈도는, 전체 시스템의 치수들을 최소화시키고 제품 통과율(product throuhgput rate)을 최대화 하면서, 배수 단계중에(점성으로 인해)얼음에 붙어 있는 동결되지 않은 액체의 양을 최소화하기 위해서, 또한(얼음의 열절연 특성은 동결 및 용융단계들 중에 열의 유동을 방해하므로) 열전달 방향의 동결된 얼음층의 두께를 최소화하기 위해서 최적으로 되어 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명을 상술한다.
본 발명의 기술을 먼저 제1도의 개략도를 참조로하여 설명한다. 동일한 격식(1) 및 (2)들은 라인(3) 및 (4)들로부터 각각 불순한 물로 교대로 충전되게 된다. 증기 압축 코일(9) 및 (10)들은 격실(1) 및 (2)들 내로 연장한다. 코일(9)의 응축기 부분(9a)는 격실(2)내에 감겨져 있고, 코일(9)의 증발기 단부(9b)는 격실(1)내에 감겨져 있으며, 코일(10)의 증발기 부분은 격실(2)내에 감겨져 있고, 코일(10)의 응축기 부분은 격실(1)내에 감겨져 있다. 처리의 제1단계에서, 격실(1)에는 라인(3)에 의해 불순한 액체의 물이 공급되고, 격실(2)는 얼음을 보유하는데 이로부터 불순한 액체가 라인(8)을 통해 배수되게 된다. 증기 압축 코일(9)는 격실(1)의 내용물들의 일부분을 동결시키도록 작동된다. 동시에, 증기 압축 코일(9)는 격실(2)내에서 얼음을 녹인다.(대부분의 불순물들이 동결 처리중에 배제된) 격실(2)내의 녹은 얼음은 제품 라인(6)을 통해 배수된다.
처리의 제2단계에서, 격실(1)내의 동결되지 않은 액체(높은 불순물 농도를 가짐)는 라인(7)을 통해 배수되며 비워진 격실(2)는 라인(4)를 통해 불순한 물로 충전된다. 처리의 최종 제3단계에서, 코일(10)은 격실(1)내의 얼음을 녹이면서 격실(2)의 내용물의 일부분을 동결시키도록 작동된다. 또한 상기 제3단계에서, 격실(1)내의 녹은 얼음은 라인(5)를 통해 배수된다.
시스템의 총 에너지 손실(시스템의 밸브들을 작동시키는데 필요한 에너지 및 냉매 및 다른 시스템 유체들을 급송하는데 필요한 에너지는 제외)은 저온의 불순물이 포함된(ladened) 물의 폐기로 인한 것이다. 상기 손실은 불순물이 포함된 유체가 폐기되기 전에 상기 불순물이 포함된 유체를 유입중인 급수와 열교환시킴으로써 감소되게 된다. 5갈론의 1일 생산량을 갖는 본 발명의 시스템의 실시예의 총 에너지 소비는 매우 작아서, 유체가 폐기되기 전에 배수된 유체를 열교환시킴이 없이도, 1일당 5갈론의 정화된 제품에 대해 50%의 폐기율로 약 200Wh/1일 정도의 에너지를 소비한다.
제2도는 폐기되어야 할 폐수로부터 시스템의 정화된 제품을 분리하기 위한 트로프(trough) 조립체를 도시하는 제1도의 시스템과 유사한 단순화된 개략도이다. 격실(1) 및 (2)들, 냉동 코일(9) 및 (10)들, 및 급수 유입구 라인(3) 및 (4)들은 제1도와 동일하다. 배출구 라인(21) 및 (22)들은 각각 솔레노이드 밸브(23) 및 (24)들에 의해 제어된다. 제조 사이클의 하나인 단계중에, 밸브(23)은 폐수(즉, 격실 1내의 액체-얼음 혼합물의 동결되지 않은 부분)가 트로프(25)상으로 배수되어 트로프(25)를 따라 폐수 탱크(35)내로 하강될 수 있도록 개방되고, 폐수는 상기 폐수 탱크로부터 배출구(36)을 통해 폐기되게 된다. 동일한 사이클 단계중에, 밸브(24)는 정화된 녹은 얼음이 트로프(26)상으로 배수되어 트로프(26)을 따라 제품 탱크(34)내로 하강될 수 있도록 개방된다.
상기 사이클 단계 다음에, 트로프(25) 및 (26)들은 기어(30) 및 (31)들에 의해 자체의 피벗(27) 및 (28)들을 중심으로 각각 회전된다. 기어(30)이 모터(도시되지 않음)에 의해 자체의 축(40)을 중심으로 회전될 때, 기어(30)의 치는 기어(31)의 상대 치와 계합되어, 기어(31)을 자체의 종방향 축에 따라 이동시키게 된다. 따라서 기어(31)은 트로프(26)을 회전시키기에 충분한 토오크를 공급하며, 트로프(25) 및 (26)들을 연결하는 부재(42)를 압압하여, 트로프(25)를 트로프(26)와 동일한 각변위로 회전되게 한다. 트로프(25) 및 (26)들의 새로운 회전된 위치들은 점선으로된 요소(25a) 및 (26a)들로 각각 표시되어 있다.
트로프들이 회전된 후에, 제조 사이클의 후속 단계중에, 밸브(23)은 격실(1)로부터의 녹은 얼음이 트로프(25)상으로 배수되어 트로프(25)를 따라 제품 탱크(34)내로 하강될 수 있도록 개방된다. 동시에, 밸브(24)는 격실(2)로부터의 폐수가 트로프(26)상으로 배수되어 트로프(26)을 따라 폐수 탱크(35)내로 하강될 수 있도록 개방된다.
제3a도 및 제3b도는 (각각의 격실에 대해 하나의 독립적인 냉동 코일을 포함하는 것이 아니라) 격실(101) 및 (102)에 대해 단일 증기 압축 코일 시스템을 포함하는 본 발명의 적합한 실시예를 도시한다. 각각의 탱크의 외측 주위에 감겨진 코일 부분(또는 "단부")은 교대로 증발기로서 또한 응축기로서 작용한다. 상기 코일부분들은 격실들의 외측 주위에 감겨져 있으나, 제3a도 및 제3b도의 변형예에서는 격실들의 내부에 감겨질 수 있다.
제3a도 및 제3b도는 2가지 상이한 작동 상태들에 있는 동일한 시스템을 나타낸다. 제3a도에서, 솔레노이드 밸브(111), (113), (114) 및 (117)들이 폐쇄되어 있으므로, 냉매는 단지 솔레노이드 밸브(110), (112), (115) 및 (116)들을 통해서만 유동하게 된다. 제3b도에서는, 솔레노이드 밸브(110), (112), (115) 및 (116)들이 폐쇄되어 있으므로, 냉매는 단지 솔레노이드 밸브(111), (113), (114) 및 (117)들을 통해서만 유동하게 된다.
제3a도에서, 코일 시스템내의(고압 증기 상태에 있는) 냉매는 압축기(103)으로부터 밸브(110)을 통해 화살표(200) 및 (201)들의 방향으로 격실(102)로 유동한다. 따라서, 위치 A와 B사이에 냉매의 부분은 응축기로서 작용하여 코일내의 냉매가 응축될 때 격실(102)로부터 열을 빼앗는다. 다음에 냉매는 팽창 밸브(142)를 통해 증발기 부분(151)로 유동한다. 증발기 부분(151)은 열펌프(139)와 열접촉되어 있다. 열은 열펌프(139)로부터 증발기 부분(151)로 화살표(150)의 방향으로 유동하여, 증발기 부분(151)내의 저압 액체 냉매를 증발시킨다. 이때 열교환 유니트(104)[팬(fan)일 수 있음]는 코일 부분(105)내의 냉매로부터 과열을 전달하는 역할을 한다. 다음에 저압 증기 냉매는 압축기(103)내에 압축된다.
위치 C와 D 사이의 격실(101)(제3a도) 주위를 감싸는 코일 부분은 격실(101)내의 열을 빼앗는 증발기 역할을 한다. 냉매(저압 증기 상태)는 밸브(116)을 통해 압축기(107)로 유동하는데, 상기 압축기로부터 냉매는 고압 증기로 된다. 다음에 고압의 증기는 열펌프(139)와 열적으로 연통되어 있는 응축기 부분(108)을 통해 유동한다. 열펌프(139)는 부분(108)내의 냉매로부터 열을 빼앗아서, 냉매를 응축시키고 과열을 증발기부분(151)로 화살표(150)의 방향으로 전달한다.
증기 압축 냉동 코일내의 냉매로서(R11 또는 R12와 같은) 프레온을 사용할 수 있다. 적합한 압축기들, 팽창 밸브들, 솔레노이드 밸브들, 및 적합한 열펌프를 상업적으로 이용가능한 모델들로부터 선택할 수 있다.
통상적인 타이머(166) 및 (169)(또는 제4도를 참조로하여 후술하는 바와 같은 급수 또는 폐수 유체 센서들로부터의 전기 신호들)는 전선(167), (168), (170) 및 (171)들을 통해[약 1㎜ 보다 대체로 두꺼운 얼음 즉, 약 1㎝ 두께의 얼음이 격실(101)의 벽면들 상에 형성된 것으로 계산될때와 같은] 요구된 순간에 솔레노이드 밸브(111), (113), (114) 및 (117)들을 변화시키도록 신호들을 공급하여, 격실(101) 및 (102)들의 역할들이 역전되게 되는 후속의 제조 사이클 단계(제3b도를 참조로하여 후술함)를 착수하게 된다. 상기 후속사이클 단계에서, 위치 A와 B 사이의 격실(102) 주위를 감싸는 코일 부분은 응축기로서 작용한다. 또한 요구된 순간에, 타이머(160) 및 (163)들은 솔레노이드 밸브(110), (112), (115) 및 (116)을 폐쇄시키도록 전선(161), (162), (164) 및 (165)들을 통해 신호를 공급한다.
제3b도에 도시된 상태에서, 시스템의 솔레노이드 밸브들은 고압 증기 냉매가 밸브(111) 및 T-연결부(132)를 통해 격실(101)로 화살표(250) 및 (251)들의 방향으로 유동하도록 전환되어 있다. 냉매는 위치 C와 D 사이의 코일 부분내에서 응축되어(격실 내부의 얼음을 녹이도록) 열을 격실(101)로 전달한다. 응축기 부분 CD로부터 나오는 고압 액체 냉매는 T-연결부(133), [밸브(116)이 아닌]밸브(113) 및 팽창 밸브(143)을 통해[화살표(252) 및 (253)의 방향으로]유동하여 코일 부분(151)에서는 저압 액체로서 나오게 된다. 코일 부분(151)은 열펌프(139)와 열적으로 연통되어 있고, 제3a도에서와 같이 증발기로서의 기능을 갖는다. 따라서, 열은 열펌프(139)로부터 코일 부분(151)로 유동하여 코일 부분(151)내에 보유된 냉매를 증발시킨다. 과열은 제3a도에 도시된 바와 같이 코일 부분(105)에서 열교환기 유니트(104)에 의해 코일 시스템으로부터 제거된다. 코일 부분(105)로부터 나오는 저압 증기 냉매는 압축기(102)내에서 압축되고 격실(101)로 다시 순환된다.
저압 액체 냉매는 화살표(255) 방향으로 격실(102)로 유동한다. 위치 A와 B 사이의 격실(102)의 주위를 감싸는 코일 부분은 증발기 역할을 하므로, 그 사이의 코일 부분내의 냉매의 증발은[격실(102)의 내용물의 일부분을 동결시키도록] 격실(102)로부터 열을 빼앗는다. 상기 증발 부분으로부터 나오는 저압의 증기 냉매는 T-연결기(131) 및 솔레노이드 밸브(117)을 통해 압축기(107)로 화살표(256) 및 (257)들의 방향으로 유동한다. 압축기(107)로부터 나오는 고압의 증기는, 제3a도에 도시된 바와 같이 열펌프(139)와 열적으로 연통되어 있는 응축기 코일(108)을 통해 유동한다. 응축기(108)로부터 빼앗긴 열은 열펌프(139)에 의해 증발코일(151)로 전달된다. 응축기(108)로부터 나오는 고압의 액체는 팽창 밸브(144), 솔레노이드 밸브(114), 및 T-연결기(130)을 통해 화살표(254) 및 (255) 방향으로 유동한다.
제4도의 시스템은 제3a도 및 3b도의 시스템의 변형예이다. 제4도에서, 위치 A와 B 사이 및 위치 C와 D사이의 증기 압축 냉동 코일 부분들은 제3a/3b도의 실시예에서와 같이 압축기들 및 증발기들로서의 역할을 교대로 수행한다. 증기 압축기(301)은 코일 부분(311)내의 저압 증기 냉매를 압축시킨다. 압축기(301)로부터 나오는(상승된 온도를 갖는) 고압 증기는 3-웨이 밸브(304)를 통해[통로(315)로가 아닌]통로(312)로 유동한다. 가열된 고압 증기는 상기 증기가 코일 부분(313)내에서 응축될 때 열을 방출하게 되므로, 격실(102)내의 얼음을 녹이게 된다. 다음에 냉각된 액체 냉매는 액체를 통로(318)로가 아닌 통로(314)로 향하게 하는 3-웨이 밸브(305)로 유동한다. 과열은 팬(303)에 의해 열교환기(320)내의 대기로 방출되고, 다음에 액체는 상기 액체가 단열 팽창되게 되는 팽창 밸브(302)로 유동한다. 밸브(302)로부터 나오는 저압 액체는 3-웨이 밸브(306)을 통해[통로(316)으로가 아닌] 통로(308)로 유동한다.
코일 부분(309)에서, 액체 냉매는 증발할 때 격실(101)로부터 열을 빼앗으며, 이에 따라 격실(101)내의 액체 물은 동결되게 된다. 코일 부분(309)로부터 나오는 저압의 증기 냉매는 3-웨이 밸브(307)을 통해[통로(317)로가 아닌] 통로(311)로 유동하여 다시 압축될 준비가 되게 된다.
격실(101)내의 얼음 시이트가 요구된 두께로 성장했을 때, 밸브(304), (305), (306) 및 (307)들은 코일 부분(313)이 증발기 역할을 하게 하고 코일 부분(309)가 응축기 역할을 하게 하도록 변환된다. 상기 변환 작동은 밸브(304)가 유체를 압축기(301)로부터 통로(312)로가 아닌 통로(315)로 향하게 하도록 하며, 밸브(305)가 유체를 통로(318)로부터 통로(314)로 향하게 하도록 하며, 밸브(306)이 유체를 밸브(302)로부터 통로(308)로가 아닌 통로(316)으로 향하게 하도록 하고, 또한 밸브(307)이 유체를 통로(317)로부터[통로(310)으로가 아닌 통로(316)으로 향하게 하도록 하고, 또한 밸브(307)이 유체를 통로(317)로부터[통로(310)으로가 아닌] 통로(311)로 향하게 하도록 한다.
선택적으로, 각각의 3-웨이 밸브(304) 내지 (307)들은 당해 기술에 숙련된자들이 알 수 있는 방법으로 1조의 2-웨이 밸브들로 대체될 수 있다. 제3a도/3b도 및 제4도에 도시된 설계들의 여러 변형예들이 존재할 수 있으며, 몇몇 변형예들에서는 제3a/3b도 및 제4도에서 보다 더 많은 유체 밸브들을 이용하고 몇몇 변형예들에서는 더 적은 유체 밸브들을 이용한다. 예컨대, 제4도의 4개의 3-웨이 밸브(304) 내지 (307)의 셋트는 제4도의 일 변형예에 있어서는 단일 4-웨이 밸브로 대체될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예를 제5도를 참조로하여 설명한다. 제5도에서, 열펌프(320)은 우측으로부터 좌측으로 화살표(331)의 방향으로 열을 급열한다[그러므로 펌프(320)의 차가운 표면은 우측에 있고 펌프(320)의 뜨거운 표면은 좌측에 있게 됨]. 열펌프(320)은 예컨대, 열전기식과 같은, 상업적으로 이용가능한 형식으로부터 선택할 수 있다. 열전달 코일 시스템(330)은 코일 위치(322) 및 (323)들에서 펌프(320)과 열접촉되어 있다. 코일 시스템(330)은 열전달 유체를 보유하는데, 이는 냉매일 필요는 없다. 전형적인 열펌프들은 1 미만의 성능 계수를 가지므로[통상적으로 성능 계수는 약 0.5이므로, 부분(322)로부터 하나의 유니트의 열을 빼앗아서 두 개의 유니트의 열이 부분(323)으로 전달되어야 함], 과열을 코일 부분(325)로부터 대기로 방출하기 위해 팬(324)가 제공되어 있다. 펌프(321) 및 (326)은 코일 시스템(330)내의 유체를 순환시킨다.
열을 격실(102)로 공급하기 위해서[또한 열을 격실(101)로부터 제거하기 위해서], 밸브(304), (305), (306) 및 (307)들은 유체를 펌프(326)으로부터[통로(315)로가 아닌] 통로(312)로, 부분(313)으로부터 통로(317)로, 통로(317)로부터 펌프(321)로, 펌프(321)로부터 부분(322)로, 부분(322)로부터 통로(308)로, 통로(308)로부터 부분(309)를 통해 통로(318)로, 또한 통로(318)로부터 부분(323)으로 향하게 하도록 변환된다. 열을 격실(101)로 공급하기 위해서[또한 열을 격실(102)로부터 제거하기 위해서], 밸브(304) 내지 (307)들은 유체를 펌프(326)으로부터 통로(315)로, 부분(309)로부터 통로(310)을 통해 펌프(321)로 펌프(321)로부터 부분(322)를 통해 통로(316)으로, 또한 통로(316)으로부터 통로(312) 및 부분(313)을 통해 부분(323)으로 향하게 하도록 변환된다.
제3a도/3b도, 4도 및 5도의 실시예들에서 격실(101) 및 (102)로 출입하는 급수, 동결되지 않은 폐수, 및 녹은 얼음의 유동은 제1도 및 제2도의 실시예들을 참조로 상술한 바와 동일한 밸브 시스템 및 유동 라인들에 의해 수행된다. 그 주위로 열전달 코일이 감겨져 있는 격실(101) 및 (102)의 벽면들은 열전도 재료로 구조되어 있다. 제조 사이클의 하나의 단계중에, 하나의 격실의 벽면 상의 얼음이 녹는 동안 다른 하나의 격실의 벽면 상에는 얼음층이 형성되게 된다. 동결 작업의 최적 주기는 다음의 고려 사항들에 따라 결정된다.
동결 격실내의 -17.8℃(0℉)의 액체 물로부터 열이 제거될 때, 얇은 시이트의 얼음이 열전달 표면(제3a도/3b도, 제4도, 또는 제5도의 격실 벽면)상에 형성되게 된다. 얼음층이 두꺼워짐에 따라, 열전달률은 얼음이 열절연체이므로 감소되게 된다. 따라서, 일정 온도 Ts(Ts＜0)에서, 얼음 형성 표면에, 두께 x의 얼음시이트를 얻기 위해 필요한 시간 t는 두께 x의 비선형 함수가 된다. 얼음 시이트의 두께 x는 다음 공식에 의해 결정된다. 즉,
X2=[2Ki(Ts-Tf)t]Q1di
여기서, Ki는 얼음의 열전도율(0.00535㎈/㎝·sec·℃)이고, Tf는 물의 빙점(0℃)이며, Q1은 얼음 형성의 잠열(80㎈/g)이고, di는 얼음의 밀도(0.92g/㎤)이다. 예컨대, Ts=-10℃에서 두께 1㎝의 얼음 시이트를 형성하려면 약 0.19시간이 소요되나, 두께 50㎝의 얼음 시이트를 형성하려면 약 20일이 소요되게 된다.
따라서, 시스템의 통과율을 최대로 하기 위해서는, 열전달 표면적 대 격실 체적의 비율을 최대화시키면서 동결주기를 최소화시키는 것이 좋다. 그러나, 높은 비율의 불순물 제거가 요구되는 경우, 표면적 대 격실체적의 비율이 큰 것은 부적합하게 된다. 이는 액체내에 포함된 불순물이 격실로부터 배출될 때, 약간의 불순물이 액체의 점성으로 인해 격실 벽면상에 잔존하는 얼음에 달라붙게 되기 때문이다. 상기와 같은 달라붙는 액체의 양을 최소화시키기 위해서는, 얼음 표면적 대 체적의 비율을 최소화시켜야 한다.
점성을 갖는 액체층은 통상적으로 약 1㎜이하의 두께를 가지므로, 얼음 두께가 적어도 이보다 크게되면 (즉, 약 0.5 내지 1.0㎝이면) 점성을 갖는 액체로 인한 불순물의 농도는 무시할 수 있음을 발견하였다. 상술한 바와 같은 제약들이 있음에도 불구하고, 격실 치수들 및 동결 작업의 주기는 열전달 요소들을 사용하여 취득가능한 온도 및 요구되는 시스템 통과율일 주어지면 최적으로되게 할 수 있다. 일단 동결 작업 주기가 결정되면, 시스템 밸브들의 제어는 타이머를 사용함으로써 용이하게 수행된다. 처리 효율은 수 밀리미터 정도의 얼음 두께 변화에 의해 결정적으로 영향을 받지 않으므로, 타이머에 요구되는 정밀도는 매우 낮다.
예컨대, 동결 작업중에 격실 벽면의 온도를 -5℃로 유지하면서, 1일 6갈론을 정수하는 시스템 효율에 있어서, 두께 1㎝의 얼음을 생산하는데에 동결 작업 주기는 0.38시간이 좋으며, 격실은 높이 및 폭이 9.5㎝이고 두께가 3㎝인 장방형 격실이 좋다는 것을 발견하였다. 열전달 코일 시스템이 단지 -1℃의 더 높은 온도를 유지시킬 수 있게 되면, 격실은 약 30㎝×30㎝×3㎝의 치수를 가져야 한다. 열전달 코일 시스템(증기 압축 냉동 코일 시스템일 수 있는)이 -10℃의 열전달 표면 온도를 유지시킬 수 있게 되면, 격실의 치수는 6.78㎝×6.78㎝×3㎝가 적합하다.
본 발명의 다른 실시예를 제6도를 참조로하여 설명한다. 제4도의 실시예에서, 응축기 코일(209) 및 증발기 코일(210)은 제3a도 및 3b도의 실시예에서와 같이 격실 외부가 아닌 격실(220)내에 배설되어 있다. 격실(220)에 급수를 요구되는 수준까지 충전하기 위해서, 솔레노이드 밸브(223)이 개방되어 급수가 유입구 라인(224)를 통해 유입될 수 있게 한다. 배출구 라인(226)을 통해 격실로부터 액체를 배수시키기 위해서, 솔레노이드 밸브(225)가 개방된다. 격실(20)의 벽면은 본 실시예에서는 적합하게 열적으로 절연되어 있다. 증발기(210)이 작동될 때, 상기 증발기는 격실내에 보유된 급수의 상부 표면으로부터 열을 빼앗게 된다. 와이어 메시판(wire mesh plate)(219)가 플로우트(221)상에 착좌되어 있는데, 상기 플로우트는 수직으로 이동될 수 있으나, 격실 벽면내에 장착된 안내 루우프(212) 및 전기 전도 안내봉(211)에 의해서 수평 이동이 억제된다. 급수가 동결됨에 따라, 상부 표면으로부터 아래로 성장하는 얼음층은 안내봉(211)의 전기 전도단부(216)이 전기 도선(lead)(218)과 접촉될때까지 플로우트(221)을 아래로 누르게 된다. 이때 전기 도선(218)은, 증발기(210)을 불활성화시키고 밸브(225)를 "개방"형태로 변환시켜 격실로부터 액체를 배수시키기 위해서, 전류를 봉(211) 및 선(213)을 통해 접지(214)로 전도하게 된다.
증발기(210)의 작동 착수 순간으로부터 미리 설정된 시간이 경과된 후에 적합한 스위치를 작동시키기 위해서[예컨대, 잔류를 접지(214)로 흐르게 하기 위해서], 플로우트(221)들 및 안내봉(211)들 대신에, 단순하고, 통상적인 타이머가 제공될 수 있음을 알 수 있다. 마찬가지로, 미리 설정된 지연 후에, 또는 또다른 유체 센서(도시되지 않음)으로부터의 신호에 따라, 응축기(209)가 작동되어 격실(220)내에 잔존하는 얼음을 녹이고, 다른 격실(도시되지 않음)내에서 동결 작업을 착수하게 된다. 미리 설정된 또다른 지연 후에, 또는 유체 센서(도시되지 않음)으로부터의 또다른 신호에 따라, 공급 솔레노이드 밸브(223)이 개방되게 되고 배수 밸브(225)가 밀폐되게 된다, 급수가 라인(224)를 통해 격실(220)내로 유입함에 따라, 플로우트(221)들은 단부(216)이 전기 리이드(217)과 접촉할때까지 상승되게 된다. 상기 시점에서, 또다른 전기적인 신호가 접지(214)로 유동하여 밸브(223)을 밀폐시키고, 격실(220)내의 동결 사이클을 다시 착수하도록 증발기(210)을 작동시킨다.
제6도의 냉동기 코일의 형태(및 후술하는 제7도의 코일의 형태)는 높은 백분율(최대 약 95%)의 급수의 불순물들을 배제하는 장점을 갖는다. 상기 장점을 설명하면 다음과 같다. 즉, 격실/증발기 코일의 형태가 액체 금속의 부피의 상부 표면으로부터 열을 빼앗도록 되어 있다. 따라서, 더욱 불순한(진한)용액을 아래로 당기게 되는 중력, 및 불순물들을 상부 열전달 표면으로 당기는 표면 효과들의 전체적인 결과는 냉각 액체 급수의 불안정한 레일레이-테일러 레이어링(Rayleigh-Taylor layering)이 되게 된다. 이는 또한 액체 급수를 대류혼합시키게 되므로 얼음이 형성될 때 소량의 불순물들이 얼음 바늘들 내에 거의 포집되지 않게 되며, 오히려, 대부분의 불순물들을 급수의 동결되지 않은 부분내에 잔존하게 되어 배수되게 된다.
응축기(209) 및 증발기(210)은(제1도에 도시된 바와 같이) 별도의 증기 압축 냉동기 코일들의 부분들이거나 또는(제3a도, 제3b도, 및 4도를 참조로 설명한 형식의) 공통 코일 시스템의 부분들일 수 있다.
제7도는 본 발명의 시스템의 동결 및 용융 코일부분들에 대한 또다른 적합한 형태를 도시한다. 제7도의 시스템은 동일한 격실(401) 및 (402)들을 포함한다. 평탄하고, 수평인 동결 표면(403)은 격실(401)내에 배설되어 있고 평탄하고, 수평인 동결 표면(404)는 격실(402)내에 배설되어 있다. 용융 코일(407) 및 (408)들은 격실(401)의 벽면(405)의 주위 및 격실(402)의 벽면(406)의 주위를 각각 감싸고 있다. 배수 통로(412) 및 (413)들은(제7도에 도시되지 않은 밸브들에 의해) 선택적으로 개방 및 폐쇄되어 관련된 격실(들)내로부터 저장기(414)로 액체를 방출시킨다. 상기 시스템은 배수 통로(412) 및 (413)들이 모두 밀폐되어 있으며, 또한 격실(402)가 동결시켜야 할 불순한 물(412)로 충전되어 있고, 격실(401)이 표면상에 얼음 시이트(410)이 떠 있는 불순한 물(411)을 보유하고 있는 상태로 도시되어 있다.
각각의 동결 표면(403) 및 (404)는 동결 코일부분을 포함한다. (냉매일 수 있는) 열전달 유체는 각각의 동결 코일부분내에서 유동하게 되어 각각의 격실내의 물의 상부 표면으로부터 열을 제거하게 된다. 예컨데, 동결 표면(403)은 물(411)의 상부 표면으로부터 열을 빼앗아 평탄한 수평 얼음 시이트(410)을 형성시키게 된다. 시간의 경과에 따라, 얼음 시이트(410)은, 동결 표면(403)이 불활성되고 열전달 유체가 열을 격실(401)의 내용물로 전달하도록 용융 코일(407)내에서 유동하게 될 때까지, 두께가 아래로 성장하게 되며, 또한 벽면(405)를 향해 수평하게 퍼지게 된다.
1조의 증기 압축 냉동 코일들과 각각 관련되거나, 또는 전술한 형식들중 하나의 단일 공통 열전달 코일 시스템의 부분들과 관련된 1조 이상의 격실들이 본 발명의 시스템내에 포함될 수 있음을 알 수 있다. 작동시, 각조의 격실들중 하나의 격실이 동결 작업을 이행할 때, 다른 격실은 동시에 용융 작업을 이행한다.
상술한 설명은 단지 본 발명의 방법 및 시스템을 도시 및 설명하기 위한 것이다. 상술한 시스템 작동의 방법 및 시스템의 설계들은 다양하게 변경될 수 있으며 상기와 같은 변경들은 첨부된 특허 청구의 범위내에 포함되는 것으로 간주한다.

Claims (37)

  1. 각각 대체로 수직하게 위치된 열 전도벽을 가지고 있는 제1격실 및 제2격실, 제1격실과 열적으로 결합된 제1부분 및 제2격실과 열적으로 결합된 제2부분을 가지고 있으며, 상기 제1부분이 상기 벽을 통해 제1격실내의 물로부터 열을 빼내서 상기 벽으로부터 내측으로 두께 성장하는 상기 벽에 인접한 얼음층을 형성하도록 상기 벽과 열적으로 결합되어 있는 열전달 장치, 및 열전달 장치를 제1부분을 통해 제1격실로부터 충분한 열을 빼내서 제1격실내에 상기 벽에 인접한 얼음층을 형성하게 하고, 동시에 제2부분을 통해 제2격실로 충분한 열을 공급하는 상태로 작동시키기 위한 장치로 구성된 정수 시스템.
  2. 물을 담기 위한 제1격실 및 제2격실, 및 제1격실내에서 제1격실내의 물의 상부 표면위에 배설된 제1부분을 가지고 있으며 또한 제2격실내의 물과 열적으로 결합되게 배설된 제2부분을 가지고 있는 열전달장치로 구성되고, 열전달 장치의 상기 제1부분이 제1격실내의 불순한 물의 상부 표면으로부터 열을 빼내서 물의 상부 표면으로부터 하방으로 두께 성장하는 수평 얼음층을 형성하도록 작동하며, 대체로 동시에 열전달 장치의 상기 제2부분은 충분한 열을 공급하여 제2격실내의 얼음을 용융시키도록 작동하는 정수 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 격실이 열전도 재료의 벽을 포함하고, 또한 각각의 상기 부분이 각각의 격실의 상기 벽 둘레를 감싸고 있는 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 각각의 격실내의 상기 벽이, 격실내의 얼음을 용융시킨 물이 벽의 아래로 하부 한계까지 배수될 수 있도록, 상부 한계와 하부 한계사이에 수직하게 위치되어 있으며, 또한 각각의 격실로부터 물을 배수시키기 위해 각각의 격실내의 벽의 하부 한계 부근에 배설된 액체 배출 장치로 구성된 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2부분들이 각각의 격실내에서 그 속의 불순한 물위에 위치되는 시스템.
  6. 경계들 내에 불순한 물을 보유하는 단계, 보유된 물로부터 대체로 상기 물의 상부 구역들에서만 열을 빼앗아 불순한 물의 상부 경계에 인접한 얼음층을 형성하는 단계, 얼음층을 남겨둔 채로 보유된 불순한 물의 동결되지 않은 부분을 제거하는 단계, 열을 공급해서 얼음을 용융시키는 단계, 및 얼음층의 용융과 연관된 정화된 물을 배수시키는 단계로 구성된 불순한 물의 정수 방법.
  7. 제6항에 있어서, 열을 빼앗는 단계중에, 열이 대체로 보유된 불순한 물의 상부 표면에서만 빼앗겨서 상기 상부 표면에 인접하게 얼음층이 형성되므로 보유된 불순한 물내의 불순물들의 중력 분리를 용이하게한 방법.
  8. 제6항에 있어서, 제거 단계중에, 보유된 불순한 물의 동결되지 않은 부분이 보유된 물의 상부 경계에 인접한 얼음층의 바로 아래로부터 제거되는 방법.
  9. 제6항에 있어서, 열을 빼앗는 단계가 보유된 물의 상부 경계에 인접한 상기 얼음층을 적어도 1㎜의 두께로 형성하기에 충분한 기간동안 계속되는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 열을 빼앗는 단계가 상기 얼음층을 약 1㎝의 두께로 형성하기에 충분한 기간동안 계속되는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 보유 단계중에, 불순한 물이 대체로 수직한 측면 경계들 내에 보유되고, 또한 열을 빼앗는 단계중에, 열이 대체로 측면 경계를 부근에서만 빼앗겨서 상기 얼음층을 측면 경계들에 인접하게 형성하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 열을 빼앗는 단계가 측면 경계들에 인접한 상기 얼음층을 적어도 1㎜의 두께로 형성하기에 충분한 기간동안 계속되는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 열을 빼앗는 단계가 상기 얼음층을 약 1㎝두께로 형성하기에 충분한 기간동안 계속되는 방법.
  14. 제6항에 있어서, 보조 경계들내에 보조적인 불순한 물을 보유하는 추가 단계, 보유된 보조적인 불순한 물로부터 대체로 상기 물의 상부 구역들에서만 열을 빼앗아 보조적인 불순한 물의 상부 경계에 인접하게 얼음층을 형성하는 추가 단계, 보유된 보조적인 불순한 물의 상부 경계에 인접한 얼음층을 남겨둔채로 보유된 보조적인 불순한 물의 동결되지 않은 부분을 제거하는 추가 단계, 열을 공급해서 보조 경계들내의 얼음을 용융시키는 추가 단계, 및 보조 경계들 내의 얼음의 용융과 연관된 정화된 물을 배수시키는 추가 단계로 구성되고, 보유된 물로부터 열을 빼앗는 단계 및 열을 공급해서 보조 경계내의 얼음을 용융시키는 단계와, 보유된 보조적인 물로부터 열을 빼앗는 단계 및 열을 공급해서 보유된 경계내의 얼음을 용융시키는 단계가 대체로 동시에 또한 교대로 연속해서 이행되는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 열을 빼앗는 단계들중에, 열이 대체로 보유된 물 및 보유된 보조적인 물의 상부 표면들에서만 빼앗겨서 상기 상부 표면들에 인접하게 얼음이 형성될때 상기 물들내의 불순물들의 중력 분리를 용이하게 한 방법.
  16. 제14항에 있어서, 제거 단계들 중에, 보유된 물 및 보유된 보조적인 불순한 물의 동결되지 않은 부분들이 보유된 물의 상부 경계 및 보유된 보조적인 물의 상부 경계에 인접한 얼음층들의 바로 아래로부터 제거되는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 열을 빼앗는 단계들이 상기 상부 경계들에 인접한 상기 얼음층들을 적어도 1㎜의 두께들로 형성하기에 충분한 기간들 동안 계속되는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 열을 빼앗는 단계들이 상기 얼음층들을 약 1㎝의 두께들로 형성하기에 충분한 기간들 동안 계속되는 방법.
  19. 제14항에 있어서, 보유 단계들 중에, 불순한 물들이 대체로 수직한 측면 경계들 내에 보유하고, 또한 열을 빼앗는 단계들 중에, 열이 대체로 측면 경계들에서만 빼앗겨서 상기 얼음층들을 상기 경계들에 인접하게 형성하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 열을 빼앗는 단계들이 상기 측면 경계들에 인접한 상기 얼음층들을 적어도 1㎜의 두께로 형성하기에 충분한 기간들 동안 계속되는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 열을 빼앗는 단계들이 상기 얼음층들을 약 1㎝의 두께로 형성하기에 충분한 기간들 동안 계속되는 방법.
  22. 불순한 물을 보유하기 위한 격실, 격실내의 물로부터 대체로 상기 물의 상부 구역들에서만 열을 빼앗도록 배설되어 격실의 상부 구역들과 인접한 불순한 물내에 얼음층을 형성시키는 열전달 장치, 격실내의 얼음을 용융시키도록 배설된 가열 장치, 및 불순한 물을 격실로 선택적으로 공급하고, 동결되지 않은 불순한 물을 격실로부터 선택적으로 제거하며, 또한 격실내의 얼음의 용융과 연관된 격실로부터의 정화된 물을 선택적으로 제거하기 위한 액체 제어 장치로 구성된 불순한 물의 정수 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 열전달 장치가 대체로 격실내의 불순한 물의 상부 표면에서만 열을 빼앗아서 두께가 하방으로 증가하는 대체로 수평한 얼음층을 형성하도록 배설되어 상기 상부 표면에 인접하게 얼음층이 형성될 때 불순한 물내의 불순물들의 중력 분리를 용이하게 한 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 액체 제어 장치가 불순한 물의 동결되지 않은 부분을 배수시키고 또한 얼음층이 형성되어 있는 구역의 바로 아래에서 격실내의 하부 구역으로부터의 얼음의 용융과 연관된 물을 배수시키도록 격실의 하부 구역과 결합된 장치.
  25. 제23항에 있어서, 상기 열전달 장치가 상기 상부 표면에 인접한 얼음층을 적어도 1㎜의 두께로 형성하기에 충분한 기간동안 열을 빼앗는 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 열전달 장치가 얼음층을 약 1㎝의 두께로 형성하기에 충분한 시간동안 열을 빼앗는 장치.
  27. 제22항에 있어서, 불순한 물을 보유하기 위한 상기 격실이 대체로 수직한 측면 벽들을 포함하고, 또한 상기 열전달 장치가 대체로 상기 측면 벽들 부근에서만 열을 빼앗도록 배설되어 상기 벽들에 인접하게 얼음층을 형성시키는 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 열전달 장치가 상기 측면 벽들에 인접한 얼음층을 적어도 1㎜의 두께로 형성하기에 충분한 기간동안 열을 빼앗는 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 열전달 장치가 얼음층을 약 1㎝의 두께로 형성하기에 충분한 기간동안 열을 빼앗는 장치.
  30. 제22항에 있어서, 보조적인 불순한 물을 보유하기 위한 보조 격실, 보조 격실내의 물로부터 대체로 상기 물의 상부 구역들에서만 열을 빼앗도록 배설되어 보조 격실의 상부 구역들에 인접한 불순한 물내에 얼음층을 형성시키는 보조 열전달 장치, 보조 격실내의 얼음을 용융시키도록 배설된 보조 가열장치, 및 불순한 물을 보조 격실로 선택적으로 공급하고, 동결되지 않은 불순한 물을 보조 격실로부터 선택적으로 제거하며, 또한 보조 격실내의 얼음의 용융과 연관된 보조 격실로부터의 정화된 물을 선택적으로 제거하기 위한 보조 액체 제어 장치로 구성되고, 상기 열전달 장치 및 상기 보조 가열 장치는 보조 격실내의 얼음이 용융될 때 상기 격실내에 얼음층을 형성하도록 대체로 동시에 작동하며, 또한 상기 보조 열전달 장치 및 상기 가열 장치는 상기 보조 격실내의 얼음이 용융될 때 상기 격실내에 얼음층을 형성하도록 상기 열전달 장치 및 보조 가열 장치에 대해 대체로 동시에 또한 교대로 연속해서 작동하도록 배설된 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 열전달 장치 및 상기 보조 열전달 장치가 대체로 상기 격실 및 상기 보조 격실내에 보유된 물들의 상부 표면들에서만 열을 빼앗도록 배설되어 상기 물의 상부 표면들에 인접하게 얼음이 형성될 때 상기 물내의 불순물들의 중력 분리를 용이하게 한 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 액체 제어 장치 및 상기 보조 액체 제어 장치가 보유된 불순한 물들의 동결되지 않은 부분들을 배수시키고 또한 얼음층들이 형성되어 있는 상기 격실 및 상기 보조 격실들의 구역들의 바로 아래에서 상기 격실 및 상기 보조 격실의 하부 구역들로부터의 얼음의 용융과 연관된 물을 배수시키도록 상기 격실 및 상기 보조 격실 각각의 하부 구역들과 결합된 장치.
  33. 제31항에 있어서, 상기 열전달 장치 및 상기 보조 열전달 장치가 격실 및 보조 격실내의 물의 상부표면들에 인접한 얼음층들을 적어도 1㎜의 두께로 형성하기에 충분한 기간들 동안 열을 빼앗는 장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 열전달 장치 및 상기 보조 열전달 장치가 상기 얼음층들을 약 1㎝의 두께로 형성하기에 충분한 기간들 동안 열을 빼앗는 장치.
  35. 제30항에 있어서, 상기 격실 및 상기 보조 격실이 대체로 수직한 측면 벽들을 포함하고, 또한 상기 열전달 장치 및 상기 보조 열전달 장치가 대체로 상기 측면 벽들 부근에서만 열을 빼앗도록 배설되어 상기 벽들에 인접하게 얼음층들을 형성시키는 장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 열전달 장치 및 상기 보조 열전달 장치가 상기 측면 벽들에 인접한 상기 얼음층들을 적어도 1㎜의 두께로 형성하기에 충분한 기간들 동안 열을 빼앗는 장치.
  37. 제36항에 있어서, 상기 열전달 장치 및 상기 보조 열전달 장치가 상기 얼음층들을 약 1㎝의 두께로 형성하기에 충분한 기간들 동안 열을 빼앗는 장치.
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