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KR102300622B1 - 기계적인 증기 압축을 이용하는 열 증류를 위한 방법 및 설비 - Google Patents

기계적인 증기 압축을 이용하는 열 증류를 위한 방법 및 설비 Download PDF

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KR102300622B1
KR102300622B1 KR1020167003149A KR20167003149A KR102300622B1 KR 102300622 B1 KR102300622 B1 KR 102300622B1 KR 1020167003149 A KR1020167003149 A KR 1020167003149A KR 20167003149 A KR20167003149 A KR 20167003149A KR 102300622 B1 KR102300622 B1 KR 102300622B1
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thermal distillation
evaporator
condenser
distillation plant
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푸랑수아-마티외 위난디
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인더스트리얼 어드밴스드 서비시즈 에프지-엘엘씨
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Abstract

본 발명은 제조 비용을 절감할 뿐만 아니라, 비 전력 소비(specific electricity consumption)를 생성된 증류액의 단지 2 내지 4 kWh/m3 의 값까지 감소시키기 위한 MVC 열 증류 방법 및 설비와 관련된 몇가지 혁신에 관한 것이다. 증기 이송 시스템은 가장 간단한 것으로 감소되고 실질적으로 전체적인 동적 압력 손실이 없다. 콤프레서 모터를 포함하는 압축 시스템은 증발기-응축기에 완전하게 통합되고, 응축 영역의 유입부에 설치되고, 바람직스럽게는 증기의 과열을 방지하는 시스템이 그것에 제공되고, 고속 회전으로 구동된다. 바람직스럽게는, 부분 진공의 엔크로져(밀폐 챔버) 안에 보조 장치가 설치된다. 하나의 특정한 실시예에 따르면, 응축 영역은 증기의 경로와 함께 감소하는 섹션들을 가진다. 유입 및 유출 유동에 있는 교환기들에는 연속적으로 균형을 이룬 열 부하(heat load)가 공급된다. 열 손실은 보조 가열에 의해 오프셋된다. 바람직스럽게는, 설비가 모듈화된 개념을 이용하여 제작될 수 있다.

Description

기계적인 증기 압축을 이용하는 열 증류를 위한 방법 및 설비{Methods And Facilities For Thermal Distillation With Mechanical Vapour Compression}
본 발명은 기계적 증기 압축(mechanical vapor compression, MVC)에 의한 열 증류(thermal distillation)의 원리에 따라서 기능하는 증류 방법 및 증류 설비에 관한 것으로서, 상세하게는 음용수를 제조하거나 또는 미네랄이 제거된 물을 제조할 목적으로 물을 탈염시키거나 또는 미네랄을 제거하기 위한 것에 관한 것이다.
본 발명은 MVC 에 의해 물을 증류하기 위한 방법 및 설비들과 관련된 몇가지 혁신의 이용에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 그 방법에 기초하여 물의 미네랄 제거 또는 탈염을 위한 유닛 또는 플랜트(DWP, "Desalination Water Plant")를 작동 및 생산하는 비용 및 전기 에너지 소비를 감소시키는 것이다. 최적으로 이용된 모든 혁신은 설비의 CAPEX 를 감소시킬 수 있게 하며, 특히 생산된 증류액의 대략 2 내지 4 kWh/m3 에 거의 도달하지 않는 값으로 비 전기 에너지(specific electric energy)를 감소시킬 수 있게 한다.
MSF (Multi-Stage Flash) 또는 MED (Multi-Effect Distillation) 방법에 따라서 주로 이용되는 증기가 공급되는 열 증류와 같은 다른 탈염 또는 미네랄 제거 방법과 비교하여 매우 높은 전기 에너지 소비(8 내지 18 kWh/m3) 때문에, MVC 를 이용하는 DWP 와 관련된 종래 기술은 이러한 방법의 전개를 제한하는데, 그것의 예비적인 전기 에너지 소비는 증류액의 2 내지 8 kWh/m3 사이에 위치하거나, 또는 역 삼투 방법(reverse osmoss method)은 해수의 경우에 제조된 투과물의 3 내지 7 kWh/m3 의 (사전 처리 및 예비 소비자들을 포함하는) 전체 소비의 30 g/l 보다 크거나 같은 염분을 가진다.
MVC 방법은 그럼에도 불구하고 일반적인 의미로서 모든 열적 탈염 또는 미네랄 제거 방법과 같이 상당힌 용이성을 획득하며 매우 안정적이다. 본 발명이 목적으로 하는 다양한 혁신들은 시장에서 본 발명이 경쟁력을 가지게 하며, 특히 역삼투 방법에 비하여 경쟁력을 가지게 하는데, 역삼투 방법은 MVC 와 마찬가지로 증기 형태 에너지의 기여를 필요로 하지 않지만, 다른 한편으로 보다 복잡하고 덜 안정적이고 종종 작동이 어려운 기술을 이용한다.
종래 기술의 일반적 사항
종래 기술에 따르는 MVC 를 이용하는 DWP 에 대한 설명은 다중 효과 유닛(mutipl-effect unit, MED-MVC) 및 단일 효과 유닛(single effect unit)들 양쪽에 대하여 다음과 같이 요약될 수 있다. 도 1 에 표시된 바와 같이, 증발되거나 또는 응축되어야 하는 물의 비등점을 낮추기 위하여 유닛에는 일반적으로 부분 진공하에 있는 전체 엔크로져(overall enclosure, 01)가 제공된다. MVC 를 이용하는 가장 간단한 DWP 들은 물 수조(water bath)를 이용하고, 물 수조의 표면은 증발을 제공하며, 수조 안에 잠긴 교환기는 응축을 제공한다; 현대적인 유닛들은 튜브 또는 플레이트 형태의 증발기/콘덴서(EC)(11)를 포함하는데, 이것에는 전체적으로 스프레이 노즐(12)에 의해 유지되는 급수(feed water)의 얇은 낙수 필름(TFF, "Thin Falling Film")의 적용이 이루어지며, 상기 스프레이 노즐은 EC 의 전체 표면에 걸쳐 증발되어야 하는 물을 분포시킨다. EC 는 열 전달 재료로 구성되는데, 그것의 일 면/영역은 증발(02)을 제공하고, 다른 면/영역은 응축(05)을 제공한다. 복수의 효과들을 가진 유닛들의 경우에, 제 1 효과의 헤드(head)로 재순환되기 전에 증기가 이송되고 다시 압축되는 마지막의 효과까지, 하나의 효과의 EC 의 증발면상에서 발생되는 증기는 다음 효과의 EC 의 응축면으로 채널(channel)을 형성한다. 유닛에는 증기를 이송하고(03) 압축하는(04) 시스템, 급수 공급 시스템을 포함하는 보조 장비, 부분 진공을 생성하고 비 응축성 기체(non-condensable gas, NCGs)를 제거하는 시스템[NGC_VAC], 증류액을 추출하기 위한 시스템 및, 농축물을 응축하기 위한 시스템[Brine]이 제공된다. 최근의 개선예는 전체적인 열적 성능을 향상시키기 위하여 그리고 증류액의 8 내지 12 kWh/m3 에 도달하는 전기 에너지 소비를 제공하도록, 유입 유동[급수]을 위하여 유출 유동[증류액]+[농축물]으로부터 열을 회수하는 시스템을 이용한다.
현재의 사례
MVC 에 의한 증류에서 세계적인 선도 업체는 SIDEM, 두산 및 IDE-테크놀로지이다. 이들은 모두 동일한 방법에 따라서 작동한다. 증발 온도를 대략 40℃ 내지 50℃ 의 값으로 낮추기 위하여, MVC 를 이용하는 DWP 들은 대략 0.10 내지 0.20 바아로 공표된 진공(문헌을 통하여 절대 압력에 대하여 기준이 이루어진다)에서 기능한다. 증발 온도를 낮추는 것은 2 가지 장점을 부여한다: 첫째, 플랜트 전체에서의 열손실이 감소되고, 둘째, 60℃ 내지 65℃ 의 쓰레숄드 온도 아래에서 칼슘 카보네이트(calcium carbonate) 침전물의 형성이 거의 완전히 없다는 장점이 있다. 증기 이송 시스템(03)은 전체 엔크로져에 대하여 내부에 있거나 또는 외부에 있으며, 대략 100 m/s 의 증기 속도를 위하여 크기가 정해진다. 콤프레서는 일반적으로 유닛(unit) 마다 개수가 하나이고, 일반적으로 원심력 유형이고, 중간 내지 대형 크기 유닛들의 경우에 (통상적으로 최대 대략 5000 m3/day) 산업용 전기 모터들에 공통적인 속도로 작동하고, 즉, 1500/1800 rev/min 또는 3000/3600 rev/min (각각 4 극 또는 2 극을 가지고, 50/60 Hz 의 표준적인 모터들의 공칭 속도)로 작동한다.
현재까지 산업 및 공공 프로젝트에서 구현된 MVC 방법에 따른 현재 탈염 설비의 전형적인 개략도는 도 1 에 도시되어 있으며, 이것은 다음을 포함한다:
- 급수 유입 수단[FEED WATER], 증류액 배출 수단[DISTILLATE], 농축수 배출 수단[BRINE] 및, 음압(negative pressure)하에 두고 비응축성 기체를 배출하기 위한 수단[NCG_VAG]이 제공되고, 부분적인 진공하에 있는 밀폐 챔버(01),
- 밀폐 챔버 안에 있고, 증발 영역/표면(02) 및 응축 영역/표면(05)을 부여하는 증발기/콘덴서(11),
- 증기를 이송(03) 및 압축(04)시키고, 증발기/콘텐서내에서 증발 에너지 전달 사이클 및 응축을 제공하는 시스템.
이러한 현재의 설비들은 여러가지 급수 유입부 및 증류액과 농축물 배출 수단, 음압하에 있고 비 응축성 기체를 추출하기 위한 수단이 밀폐 챔버의 외부에 있으며, 즉, 이들의 펌프 동체의 외부 부분 및 모터가 대기 압력을 받는다. 이는 콤프레서도 마찬가지이고, 그것의 모터[MOT]도 밀폐 챔버의 외부에 위치한다.
현재 구현예들과 관련된 문제점들
MVC 를 이용하는 현재 DWP 들과 관련된 주요 문제는 전기 에너지 소비가 많다는 점이다. 많은 전기 소비는 오랜 기간 동안 증기 콤프레서의 낮은 효율에 원인이 있다.
현재 장비의 완전한 해석은 증기 이송 튜브들에서의 압력 강하의 중요성을 드러내기도 한다. 압력 강하는 사실상 압력을 증가시키지 않으면서 증기의 온도를 상승시키며 따라서 증기 과열의 현상이 나타나는데, 이것은 하류측 응축 과정에 역으로 작용한다. 따라서 압력 강하는 압축 에너지와 관련된 2 중의 단점을 구성한다: 하나는 압력에 대하여 보상될 필요가 있는 압력 강하와 관련된 것이고, 다른 하나는 과열 현상에 관한 것으로서, 이는 응축을 허용하기 위하여 압력의 증가를 필요로 한다.
마지막으로, 부분 진공하에서 작동하여야 하고 효과적인 단열이 제공되어야 하는 메인 챔버(01)의 외부에 설치되는 모든 보조 장비의 구현이 복잡한 것은 실행을 불완전하게 하고 여러가지 진공 누설 및 열 손실을 겪게 한다.
최근의 개발
산업용 시장 또는 공공 시장에서 현재의 구현예들이 변화하지 않는 반면에, 특정 실험실에서의 개발은 다음과 같이 변화하고 있다:
- 증기 이송 회로의 길이를 감소시키려는 경향이 관찰된다,
- 일부에서는 효율을 증가시키기 위하여 콤프레서들의 프로파일을 보다 복잡하게 만들고 있다,
- 다른 일부에서는 공지된 구성에서 이탈하여, 증기를 보다 안정되게 만들고 그에 의해 압축의 효과를 상승시시키 위하여 대기압 보다 높은 압력(따라서 100 ℃ 보다 높은 온도)에서 증류를 수행하는 것을 제안한다. 비록 압축 효율이 증가할지라도, 상기 마지막 방법은 해수의 증류에 부적절한 것으로 보이며, 왜냐하면 처음에 이것은 스케일(scale)의 침착 및 침전 현상을 관리하기 위하여 복잡한 사전 처리를 이용할 필요성을 발생시키고, 다음에는 프로세스와 그것의 환경 사이의 차별적인 온도에 관련된 열 손실의 감소에 역으로 작용하기 때문이다.
본 발명의 목적은 특히 종래 기술의 단점을 해소하기 위한 것이다. 보다 정확하게는, 본 발명은 주로 콤프레서 효율의 실질적인 향상에 관한 것이고, 증기 이송 시스템에서 압력 강하를 거의 완전하게 제거하는 것에 관한 것이다. 이와 관련하여, 본 발명에 의해 고려되는 설비는 500 Pa 보다 작은 압력 강하를 겪으며, 바람직스럽게는 100 Pa 보다 작은 압력 강하를 겪는다.
이를 위하여, 본 발명의 제 1 주제는 기계적인 증기 압축을 이용하는 열 증류 설비를 제공하는데, 이것은:
급수(feed water)를 수용하기 위한 유입부, 증류액을 배출하기 위한 유출부, 농축물(concentrate)을 배출하기 위한 유출부 및, 비 응축성 기체(non-condensible gas)를 배출하기 위한 유출부를 포함하는, 밀폐 챔버(01);
상기 밀폐 챔버(01) 내부에 증발 영역(02) 및 응축 영역(05)을 포함하는, 증발기/응축기(11);
증발 영역(02)에서 발생된 증기의 압력을 증가시킬 수 있고, 증기를 응축 영역(5)으로 이송시킬 수 있으며, 모터에 연결된, 콤프레서(04);를 포함하고,
밀폐 챔버(01)는 부분 진공하에 있으며, 상기 밀폐 챔버 내부의 압력은 대기압보다 낮고;
상기 콤프레서(04) 및 그것의 모터[MOT]는 상기 밀폐 챔버 내부에 위치하고, 상기 모터는 고정자 및 회전자를 포함하고, 상기 고정자 및 상기 회전자는 전체가 상기 밀폐 챔버 내부에 위치하도록 설비가 이루진다.
본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 콤프레서(04)는 7500 rev/min 또는 15,000 rev/min 보다 큰 회전 속도, 바람직스럽게는 25,000 rev/min 보다 큰 회전속도를 달성할 수 있는 콤프레서이다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 콤프레서(04)는 축류 유형(axial flow type)이고, 상기 콤프레서의 모터는 증발 영역(02)들로부터 응축 영역(05)들로 유동하는 증기 흐름내에 위치한다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 콤프레서(04)는 100 m/s, 보다 바람직스럽게는 150 m/s, 더욱 바람직스럽게는 200 m/s 를 초과하는 주위 속도(peripheral speed)를 달성할 수 있는 블레이드들을 포함한다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 밀폐 챔버(01) 내부의 압력은 0.75 bar(a) 보다 낮고, 바람직스럽게는 0.25 bar(a) 보다 낮다.
다른 유리한 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 설비는 축류 콤프레서 및 튜브(13)를 포함하고, 바람직스럽게는 벤튜리 유형의 튜브를 포함하고, 상기 튜브(13)는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 2 부분의 단면적은 상기 제 1 부분의 단면적보다 크고, 콤프레서(04)는 증발기/응축기의 응축 영역(05)에 연결되는 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분 내부에 배치되거나, 또는 상기 제 2 부분은 증기를 응축 영역으로 받아들이기 위하여 헤더(29)를 포함하거나 또는 증발기/응축기(11)의 헤더(29)에 연결된다. 바람직스럽게는, 상기 튜브(13)는 열 전도성 재료를 포함한다. 보다 바람직스럽게는, 상기 튜브(13)의 열 전도성 재료는 증발기/응축기(11)를 제조하는데 사용되는 재료와 같은 재료이다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 설비는 적어도 하나의 일체화된 증류 모듈(14)을 포함하고, 상기 일체화된 증류 모듈(14)은 증발기/응축기, 콤프레서(04) 및, 튜브(13)를 포함하고, 바람직스럽게는 벤튜리 유형의 튜브(13)를 포함하고, 상기 튜브(13)는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 제 2 부분의 단면적은 제 1 부분의 단면적보다 크고, 콤프레서(04)는 상기 제 1 부분 내부에 배치되고, 상기 제 2 부분은 증발기/콘덴서(11)의 응축 영역(05)에 연결되거나, 또는 상기 제 2 부분은 증기를 응축 영역 안으로 받아들이기 위하여 헤더(header, 29)를 포함하거나 또는 증발기/응축기(11)의 헤더(29)에 연결된다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 설비는, 급수 공급 펌프(15), 증류액-추출 펌프(16), 농축물-추출 펌프(17) 및, 비 응축성 기체의 추출을 위한 진공 펌프(19)를 포함하고, 상기 펌프들중 적어도 하나 및 그것의 모터는 완전하게 상기 밀폐 챔버(01)의 내부에 위치한다.
바람직스럽게는, 본 발명의 상기 설비는 농축물(concentrate)을 증발기/응축기의 증발 영역으로 이송시키기 위한 농축물-재순환 펌프(18)를 포함한다. 유리하게는, 상기 재순환 펌프 및 그것의 모터는 완전히 상기 밀폐 챔버(01)의 내부에 위치한다.
유리하게는, 모든 상기 증류액 추출 펌프(16), 상기 농축물 추출 펌프(17) 및 재순환 펌프(18)와 그들의 모터들은 완전히 상기 밀폐 챔버(01) 내부에 위치한다.
바람직스럽게는, 본 발명의 상기 설비는,
급수 공급, 증류액 추출 및 농축물 추출의 비율들을 제어하기 위한 조절 부재(23,27)들; 및/또는,
급수의 유입 유동과 증류액, 농축물 및 비 응축성 기체의 유출 유동 사이의 열 교환기들을 포함한다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 설비의 증발기/응축기는, 증기를 응축 영역 안으로 받아들이기 위한 헤더(header, 29)를 포함하고, 상기 헤더(29)는 응축 영역(05)들의 유입 단면들의 합으로 이루어진 수용 단면(admission cross-section) 및 전체 단면(29)을 가지고, 응축 영역(05)으로의 수용 단면과 헤더의 전체 단면(28) 사이의 비율은 70 % 또는 80 % 보다 크고, 바람직스럽게는 이 비율이 90 % 또는 95 % 보다 크다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에 따르면, 콤프레서(04), 헤더(29), 및/또는 선택적으로는 튜브(13)(바람직스럽게는 벤튜리 튜브(13)) 및, 증발기/응축기는 정렬되고, 헤더(29) 및 튜브는 직선의 축상에서 증발기/응축기의 응축 영역(05) 내부로 증기를 이송시킬 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 증류 설비의 응축 영역(05)의 단면적은 증기의 순환 방향으로 감소된다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 설비는 상기 밀폐 챔버 내부의 온도를 일정한 온도로 유지하기 위한 열 보충 시스템(heat make-up system)을 포함한다. 바람직스럽게는, 열 보충 시스템이 전기 요소 또는 히트 펌프(heat pump)를 포함한다.
마지막으로 특히 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명은 열 증류 설비를 위한 일체화된 증류 모듈(14)을 제공하는데, 상기 증류 모듈은, 증발기/응축기, 모터에 연결된 콤프레서(04) 및, 튜브(13)를 포함하고, 상기 튜브(13)는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 2 부분의 단면적은 상기 제 1 부분의 단면적보다 크고, 콤프레서(04)는 상기 제 1 부분 내부에 배치되고 상기 제 2 부분은 증발기/응축기(11)의 응축 영역(05)에 연결된다.
본 발명의 제 2 주제는 기계적인 증기 압축에 의한 열 증류의 설비를 제공하는데, 이것은, (i) 급수(feed water)를 수용하기 위한 유입부, 증류액을 배출하기 위한 유출부, 농축물(concentrate)을 배출하기 위한 유출부 및, 비 응축성 기체(non-condensible gas)를 배출하기 위한 유출부를 포함하는, 밀폐 챔버(01); (ii) 상기 밀폐 챔버(01) 내부에 증발 영역(02) 및 응축 영역(05)을 포함하는, 증발기/응축기(11); 및 (iii) 모터에 연결된, 콤프레서(04);를 포함하고; 상기 응축 영역(05)의 단면적은 증기 유동의 방향으로 감소되고, 바람직스럽게는 연속적이고 선형적으로 감소된다. 바람직스럽게는, 상기 밀폐 챔버(01)는 부분 진공하에 있고, 상기 밀폐 챔버 내부의 압력은 대기압보다 낮다.
증기 이송 시스템에서의 압력 강하의 감소는 증기 파이프(06) 및/또는 유압 구조(예를 들어, 콤프레서)의 특별하게 커다란 크기에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 마지막 주제는 기계적인 증기 압축에 의한 열 증류 설비를 제공하는데, 이것은, (i) 급수(feed water)를 수용하기 위한 유입부, 증류액을 배출하기 위한 유출부, 농축물(concentrate)을 배출하기 위한 유출부 및, 비 응축성 기체(non-condensible gas)를 배출하기 위한 유출부를 포함하는, 밀폐 챔버(01); (ii) 상기 밀폐 챔버(01) 내부에 증발 영역(02) 및 응축 영역(05)을 포함하는, 증발기/응축기(11); 증발 영역(02)에서 발생된 증기의 압력을 증가시킬 수 있고, 증기를 응축 영역(5)으로 이송시킬 수 있으며, 모터에 연결된, 콤프레서(04);를 포함하고, 상기 콤프레서는 디플렉터들(deflectors) 또는 배플들(baffles)을 포함하는 축류 유형이고, 바람직스럽게는 50 cm 보다 큰 직경 또는 치수를 가지고, 바람직스럽게는 100 cm 또는 200 cm 보다 큰 직경 또는 치수를 가진다. 바람직스럽게는, 상기 모터가 상기 밀폐 챔버의 내부 또는 외부에 위치한다. 바람직스럽게는, 밀폐 챔버(01)는 부분 진공하에 있고, 상기 챔버 내부의 압력은 대기압보다 낮다.
본 발명의 상기 양상들 및 다른 양상들은 도면을 참조하여 이루어지는 본 발명의 특정 실시예들에 대한 상세한 설명에서 명확해질 것이다.
도 1 은 MVC 방법에 따른 종래 기술의 탈염 설비에 대한 통상적인 다이아그램을 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 증류 설비의 실시예를 도시하며, 여기에서 콤프레서(04)의 전체 모터[MOT]는 부분 진공하에서 전역 엔크로져(global enclosure) 내부에 위치된다.
도 3 은 본 발명에 따른 증류 설비의 실시예를 도시하며, 여기에서 콤프레서(04)의 전체 모터[MOT]는 밀폐 챔버(01)의 내부에 잠겨 있고, 동시에 그 어떤 증기 이송 파이프라도 빠져 있다. 콤프레서는 증발기/응축기를 지지하는 구조에 통합될 수 있다.
도 4 는 대형 증기 파이프(06)를 포함하고 MVC 방법을 이용하는 초대형 탈염 설비의 전형적인 개략도이다.
도 5 는 초대형 증류 설비의 실시예를 도시하며, 여기에서 콤프레서(04)의 전체 모터[MOT]는 (밀폐 챔버(01) 내부에서) 부분 진공하의 엔크로져 안에 설치되고, 파이프 및 콤프레서는 특이하게 대형의 크기를 가진다.
도 6 은 본 발명에 따른 증류 설비의 실시예를 도시하며, 여기에서 콤프레서(04)의 전체 모터[MOT]는 밀폐 챔버(01) 내부에 잠겨 있으며, 응축 영역(05)으로의 입구에서 증발기/응축기(11)와 인접하도록 콤프레서(04) 및 그것의 모터[MOT]를 설치한다.
도 7 은 본 발명에 따른 증류 설비의 실시예를 도시하며, 여기에서 콤프레서(04)의 전체 모터[MOT]는 밀폐 챔버(01) 내부에 잠겨 있으며, 응축 영역(05)으로의 입구에서 증발기/응축기(11)와 인접하도록 콤프레서 챔버(09) 안에 콤프레서(04) 및 그것의 모터[MOT]를 설치한다.
도 8 은 벤튜리 튜브 형태의 콤프레서 챔버를 도시한다.
도 9 는 일체화된 증류 모듈을 도시하며, 이것은 증발기/콘덴서(11) 및 콤프레서(4)와 그것의 모터를 포함한다; 모터는 벤튜리 튜브(13) 형태의 콤프레서 챔버 안에 위치한다.
도 10 은 다수의 일체화된 증류 모듈들을 포함하는 본 발명에 따른 증류 설비의 실시예를 도시한다.
도 11 은 본 발명에 따른 증류 설비의 실시예를 도시하며, 여기에서 보조 장치는 부분 진공하의 전역 엔크로져 내부에 통합되고, 즉, 재순환 펌프 및 그것의 모터(18), 급수 공급 펌프 및 그것의 모터(15), 증류 추출 펌프 및 그것의 모터(16), 농축물 추출 펌프 및 그것의 모터(17), 비 응축성 기체를 추출하고 진공하에 두기 위한 펌프 및 그것의 모터(19)가 통합된다.
도 12 는 고정된 비율에 따라서 유입되는 유량 및 유출되는 유량을 조절하는 2 개의 수단들을 도시한다. 좌측에서, 증류액 및 농축물을 공급 및 추출하는 3 개의 펌프(20,21,22)들은 체적 유형(volumetric type)이고 단일 모터에 의해 구동되는 공통 메카니즘에 결합된다; 상기 방식으로 유입 및 유출 유량은 공통 모터의 회전 속도가 어떻든 간에 연속적으로 동일한 비율이며, 상기 비율은 증류 유닛의 전환 비율(conversion rate)을 정의한다. 우측에서, 3 개의 증류액 및 농축물 공급 및 추출 펌프(24,25,26)는 그 어떤 유형일 수도 있고 각각은 속도 변화 부재에 종속되는데, 상기 부재는 증류 유닛의 필요한 전환 비율에 따라서 유입 및 유출 유량을 고정시키도록 제어된다.
도 13 은 응축 영역들의 단면이 증기의 경로와 함께 감소되도록 하는 증발기/응축기의 응축 영역을 도시한다.
도 14 는 원추형 튜브들을 이용하는 증발기/응축기의 실시예를 도시하며, 이것의 대형 직경 단부들은 단순하게 나란히 배치되어, 응축 영역(05)의 수용 단면과 헤더의 전체 단면 사이의 비율이 70 % 보다 크게 되는 것을 제공한다.
도 15 는 육각형, 삼각형 또는 정사각형의 초기 단면을 가진 튜브들을 구비하는 증발기/응축기의 대안의 실시예들을 도시하며, 이것은 응축 영역(5)에서의 수용 단면과 헤더의 전체 단면(29) 사이의 비율이 95 % 보다 크지 않음을 제공한다.
도 16 은 증발기/응축기의 헤더(30)의 대안의 실시예를 도시하며, 이것은 매우 작은 압력 강하를 발생시키는 각도가 형성되고/프로파일이 형성되며 인접한 유출부가 제공되어 있는 헤더를 사용하는 증발기/응축기의 헤더로서, 간단한 실린더형 튜브들에 의해 설계된 증발기/응축기를 제공할 수 있게 한다.
도면들은 축척대로 도시되지 않는다. 전체적으로 유사한 요소들은 도면에서 유사한 참조 번호로 표시되어 있다.
본 발명은 기계적인 증기 압축을 이용하는 열적 증류 원리에 따라서 기능하는 방법 및 설비에 관한 것이다. 본 발명은 주로 콤프레서의 효율에 대한 실질적인 향상 및, 증기 이송 시스템에서의 압력 강하를 거의 완전히 제거하는 것에 관한 것이다.
실시예들중 적어도 하나에 있어서(예를 들어, 도 7), 본 발명은 0.1 내지 0.5 바아(bar)에서 유지되는 증기의 큰 탄성 및 매우 낮은 밀도와 양립될 수 있고 그에 의하여 유리한 압축 효율을 유지하도록 충분히 빠른 회전 속도로 회전하는 콤프레서(04)를 이용하여 구현된다.
이러한 구현은 모든 크기의 유닛들에 대하여 콤프레서의 (예를 들어 도 7 에 도시된 것과 같은) 전체 모터(MOT)를 밀폐 챔버 안이나 또는 증기 흐름 안에 직접적으로 잠기게 하려는 사용자의 발명 개념에 의하여 가능해진다. 바람직스럽게는, 상기 모터가 100 % 상대 습도의 대기와 양립 가능한 전기 모터로서, 예를 들어 열대 기후에 적합화된 버전(version)으로서 상업적으로 이용 가능하고, 그리고/또는 그 어떤 응축물이라도 고정자로부터 배출 가능한 오리피스가 제공되고, 그리고/또는 고정자 도전체들을 오프셋 하우징(offset housing) 까지 연장시키거나 또는 열 수축 수지 외피(heat shrinking resin sheath)에 의해 밀봉된 용접에 의해 전기적 연결이 구현되고, 그리고/또는 수밀 베어링(watertight bearing)에 의해 권선(windings)이 대체된 전기 모터이다. 콤프레서 및 그것의 모터는, 특히 크기가 감소된 콤프레서 및 모터의 경우에, 모터/콤프레서 샤프트상의 진공 밀봉 팩킹의 부재(不在)에 의하여 이러한 방식으로 대략 수천 RPM 또는 수만 또는 수십만 RPM(rev/min)의 회전 속도로 회전할 수 있다.
이러한 구현예는 전기 모터의 크기가 공칭 회전 속도를 가지고 동일한 파워에 대하여 감소될 때 훨씬 더 유리하며, 고속에 도달될 때 실질적으로 그러하다. 따라서 디플렉터(vane axial fan)를 가진 축류(axial flow) 유형의 고효율 터빈 구성에서 모터에 대한 공간 요건의 문제는 훨씬 덜 제한적으로 된다.
이제 본 발명에 의하여, 증발 영역으로부터 응축 영역으로의 회로의 길이 및 복잡성을 최대 가능 범위까지 감소시키면서 증발 영역으로부터 응축 영역까지의 증기 유동 또는 증기 경로상의 그 어떤 이상적인 지점에도 콤프레서를 위치시킬 수 있다.
또한 합리적으로 작은 터빈(즉, 바람직스럽게는 30 cm 또는 50 cm 보다 작은 치수를 가진 터빈)을 이용할 수도 있는데, 이것은 매우 고속으로 회전하고, 정교한 블레이드들이 제공되고, 균형 맞추기가 용이하고 몰딩/사출 방법에 의해 제작비가 저렴한 것이다.
본 발명의 분야들중 하나는 해수의 탈염(desalination)에 의한 음용수 플랜트(plant)의 제조에 관한 것이라는 점이 중요하며, 상기 음용수 플랜트는 주로 10 내지 1000 mld(milions of liters per day) 또는 그 이상의 일간 생산 용량을 가진 대규모 플랜트이다.
이러한 분야에서, 고비용의 투자가 이루어지며 투자는 반드시 현존하는 플랜트의 우수한 신용에 기초한다. 이러한 방식으로, 신규한 방법에 따른 플랜트들인 우선 작은 크기로 구성되고, 다음에 우수한 신용과 함께 수년에 걸쳐 크기를 증가시키는 것이 통상적이다. 점진적으로 수년이 걸리는, 작은 플랜트 또는 유닛들의 제조 용량과 우수한 신용을 보여 주지 않으면서 대규모 플랜트 또는 주요 MVC 탈염 플랜트를 위하여 자금을 조달하는 것은 실제에 있어서 불가능하다.
본 발명의 주제들중 하나는, 상기와 관련된 일반적인 방식으로, MVC 에 의한 탈염 분야에서 축류 유형의 콤프레서를 도입하는 것으로 이루어지는데, 이는 필수적으로 고속 회전하는 소형 터빈을 포함하는 소형 유닛의 사용을 포함한다. 이러한 과정은 콤프레서 모터(MOT)를 밀폐 챔버(01) 내부에 도입하는 발명 개념에 의해 가능해진다. 본 발명의 제 1 주제의 일반적인 원리는 MVC 에 의한 열 증류(thermal distillation)를 위한 설비내에 콤프레서(04) 및 그것의 모터[MOT]를 위치시키는 것에 기초한다. 따라서 본 발명의 주제는 MVC 에 의한 열적 증류를 위한 설비를 제공하는데, 이것은 부분 진공하에 있는 밀폐 챔버(01), 상기 밀폐 챔버(01) 안에 있는 증발 영역(02) 및 응축 영역(05)을 포함하는 증발기/콤프레서(11) 및, 모터에 연결된 콤프레서를 포함하고, 콤프레서는 증발 영역에서 생성된 증기의 압력을 증가시킬 수 있고 그것을 응축 영역으로 이송시킬 수 있으며, 상기 콤프레서(04) 및 그것의 모터는 밀폐 챔버(01) 내부에 위치되고, 상기 모터는 고정자 및 회전자를 포함하고, 상기 고정자 및 상기 회전자는 전체적으로 밀폐 챔버 내부에 위치된다.
이러한 구성은 예를 들어 도 2, 도 3, 도 6, 도 7, 도 10 및 도 11 에 개략적으로 도시되어 있으며 몇가지 장점을 가진다:
- 이것은 콤프레서 터빈과 직접 결합된 모터의 장착을 달성할 수 있게 한다.
- 이전에 설비의 진공 밀봉에 반드시 필요했던 팩킹 또는 밀봉체의 사용을 더 이상 불필요하게 할 수 있다.
- 단일 부재의 콤프레서/모터를 증발 영역과 응축 영역 사이의 증기 경로상의 그 어느 곳에라도 적절하게 배치할 수 있다; 이것은 증기 이송 회로를 상당히 단순화시킬 수 있고 압력 강하를 거의 제로 값으로 감소시킬 수 있다 (예를 들어, 도 6, 도 7, 도 10 및 도 11).
- 예를 들어, 그 어떤 차압(differential pressure) 제한도 없이 발생되는 급수 공급(feed water supply) 또는 물 재순환상의 단순 냉각 회로에 의하여, 밀폐 챔버 안의 콤프레서의 전기 모터에 의해 소산되는 열 에너지의 직접적인 회수가 가능하다 (여기에서 차압은 밀폐 챔버(01)의 내부와 유닛 외부의 대기압 사이에 존재한다).
- 이것은 밀폐 챔버의 외부 엔크로져(external enclosure)을 단순화시키고 밀폐 챔버가 용이하게 단열되게 한다.
이러한 구성은 회전자 및 고정자의 모든 코일들에 절연 바니쉬(insulating varnish)를 간단하게 이용함으로써 기술적인 수준에서 타당하게 이루어진다. 또한 권선들을 수지(resin)의 가공 블록(worked block) 안에 캐스팅(casting)할 수 있어서, 이러한 포화 증기 대기에서 필요한 보호를 제공한다.
바람직한 실시예에 따르면, 콤프레서는 7500 rev/min 보다 큰 회전 속도, 바람직스럽게는 12,000 rev/min 또는 15,000 rev/min 보다 큰 회전 속도, 또는 20,000 rev/min 또는 25,000 rev/min 보다 큰 회전 속도를 가진 콤프레서이다. 이러한 특징은 이전의 특징에 의하여 가능해지는데, 왜냐하면 모터/콤프레서 샤프트상의 밀봉이 더 이상 필요하지 않기 때문이다.
바람직스럽게는, 콤프레서 및 그것의 모터가 소형 콤프레서 및 모터이다. "소형 콤프레서/모터"라는 용어는 50 cm 또는 30 cm 보다 작거나, 또는 20 cm 또는 15 cm 보다도 작은 직경 또는 치수를 가지는 콤프레서를 의미하고, 모터는 콤프레서 터빈보다 작은 직경을 가지고, 즉, 각각 40 cm, 20 cm, 15 cm 또는 10 cm 보다 작은 직경을 가진다. 상기 소형 콤프레서는 10,000 rev/min, 15,000 rev/min 또는 25,000 rev/min 보다 빠른 회전 속도에서 작동되거나 그러한 속도를 달성할 수 있거나, 또는 다르게 표현하면, 10,000 rev/min 내지 200,000 rev/min 사이의 회전 속도, 바람직스럽게는 25,000 rev/min 내지 200,000 rev/min 사이의 회전 속도에서 작동하거나 또는 그러한 속도를 달성할 수 있다. 소형 콤프레서의 이러한 고속 회전 속도는 50 m/s 초과, 바람직스럽게는 75 m/s 초과, 보다 바람직스럽게는 100 m/s 를 초과하는 고속의 주위 속도를 달성할 수 있게 하며, 예를 들어 ≤150 m/s 또는 ≤200 m/s 와 같은 고속의 주위 속도(peripheral speed)를 달성할 수 있게 한다. 주위 속도(peripheral speed)는 블레이드들의 단부들의 선형 속도로서 정의되며, 즉, 콤프레서의 반경 길이 또는 콤프레서의 블레이드의 반경 길이로 곱해진 회전 속도이다. 더욱이, 상기의 고속 주위 속도는 (증기가 매우 낮은 밀도를 가지고 높은 탄성을 가지는) 부분 진공 조건하에서 높은 압축 효율(즉, > 75 %, 또는 > 80 %, 또는 > 85 % 의 효율)을 달성할 수 있게 한다.
마찬가지로, 콤프레서 허브(예를 들어, 축방향 터빈)의 직경과 비슷할 수 있는 직경(예를 들어, 4 kW 의 모터에서 최대 0.04 m 의 직경)을 가지는 매우 빠른 속도의 모터들의 유리하게 작은 크기는 증기의 통과에 그 어떤 추가적인 방해를 일으키지 않을 수 있거나, 또는 거의 일으키지 않을 수 있다. 더욱이, 콤프레서 및 그것의 소형 모터의 경우에 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
당업자는 (설비의 수조(bath) 온도에 따라서 변화할 수 있는) 필요한 증기 유량을 발생시키기 위하여 회전 속도를 어떻게 계산해야 하는지 이해할 것이다.
이러한 구성은 매우 낮은 압력을 가진 증기 환경에서 고효율 콤프레서의 성능을 유지할 수 있게 한다. 이것은 0.1 내지 0.5 바아(bar)(a)의 저압을 가진 증기, 바람직스럽게는 0.1 내지 0.2 바아(a)를 가진 증기가 공기의 밀도 보다 비례적으로 낮은 밀도를 가지고 증가된 탄성을 가지기 때문이다. 만약 디플렉터(deflector)를 가진 축류 콤프레서와 같은 고효율 콤프레서를 가지기를 희망하고 (단순 유체 압축 부분에서) 대략 85 % 의 효율을 얻기 희망한다면, 압축될 유체의 매우 낮은 밀도 및 높은 탄성의 상태는 다른 것들중에서도 콤프레서의 블레이드가 제한된 공간내에서 타격(beating)의 반복 비율을 증가시킬 필요가 있게 한다. 블레이드 타격의 반복에서의 상기와 같은 증가는 블레이드 수의 증가 및 회전 속도 증가를 이용함으로써 얻어진다.
특히 소형 콤프레서 및 모터들의 경우에 타당한, 이러한 빠른 회전 속도 성능의 결여시에, 50 m/s 의 빠른 주위 속도를 고려하여 오직 원심 효과 콤프레서들(centrifugal effect compressors)이 사용 가능한 것으로 유지되는데, (그리고 따라서 50 cm 또는 1 m 보다 큰 직경을 가진 대형 원심 콤프레서가 그러하다), 왜냐하면 구조에 의하여, 콤프레서로 진입하는 증기 흐름은 원심력의 효과하에 터빈 블레이드들로부터 나오는 것 말고는 다른 선택이 없기 때문이다; 그럼에도 불구하고, 이러한 콤프레서들은 (단순 유체 압축 부분에서) 낮은 효율을 가질 뿐만 아니라, MVC 에 의한 증류 분야의 경우에서와 같이 만약 증기의 이송과 관련된 수압 강하를 최대 가능 범위로 감소시킬 것이 소망된다면 콤프레서들은 증기의 경로에 잘 통합되지 않는다.
본 발명의 방법은 다른 유형의 터빈이 빠른 회전 속도에서 작동된다면 그러한 터빈에 의하여 성능의 약간의 저하와 함께 기능할 수 있다. 예를 들어, 단순한 반경 방향 유동 회전 터빈(simple radial-flow rotary turbine)은 (단순 압축 부분에서) 최대 대략 75 % 의 효율을 달성할 수 있다. 프로파일 또는 경사 블레이드(후방으로 만곡되거나 또는 후방으로 경사진 팬 또는 송풍기 또는 콤프레서)들을 가진 원심 휘일과 같은 다른 유형의 터빈은 유리한 성능을 가지지만, 본 발명의 바람직한 실시예의 인라인 구성(in-line configuration)에는 적절하지 않다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 콤프레서는 디플렉터(deflector) 또는 배플(baffle)을 가진 축류 유동의 유형이고, 콤프레서 모터는 증기 흐름내에 직접적으로 위치되며, 상기 증기 흐름은 증발 영역(02)으로부터 응축 영역(05)으로 유동한다. 전기 모터의 크기 및 직경은 공칭 회전 속도에 따른 동등한 공칭 파워로써 감소하기 때문에, 고속 모터에서 고려되는 장점은 터빈에 인접한 실린더형 공간에 모터를 하우징 할 수 있다는 것이며, 또한 직경이 그것의 허브와 등가이거나 또는 그보다 작다는 것이다. 이것은 소형 터빈들에 대하여 모터를 통합시킨 프로파일 중심 편향 케이싱(profiled central deflection casing)을 용이하게 설계할 수 있게 하며, 이것은 터빈 및 그것의 상류와 하류 부분들을 통과하는 증기 흐름과 간섭하지 않는다.
바람직스럽게는, 밀폐 챔버(01) 내부의 압력이 0.75 바아(a) 보다 작고, 바람직스럽게는 0.5 바아(a)보다 작고, 심지어 0.25 바아(a) 보다 작다. 방법의 온도가 주어진 압력에서 유체의 비등점에 대응한다면 미네랄 워터의 증류, 특히 해수의 증류가 원리상으로는 모든 압력에서 발생될 수 있다. 해수의 염분에 의해 발생되는 끓는점 변화를 예외로 하고, 비등점과 압력 사이의 관계는 몰리에르 다이아그램(Mollier diagram)에 의해 지배된다.
그럼에도 불구하고, 선택된 온도 범위에 따라서, 다양한 제한이 발생된다:해수의 증류와 관련된 주된 제한은 내부 장치, 특히 교환기의 물때(furring) 및 침전물의 관리이다. 주로 탄산염인 침전물의 형성은 60°내지 65°의 임계 쓰레숄드 온도 아래에서 매우 감소되는데, 상기 임계 쓰레숄드 온도가 주어지면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 방법 및 설비들이 바람직스럽게는 70℃ 및 0.31 바아(a) 아래의 온도 및 압력으로서 기능하고, 보다 바람직스럽게는 60℃ 및 0.2 바아(a) 아래의 온도 및 압력으로서 기능한다. 더욱이, 본 발명의 콤프레서의 유형이 최상의 성능을 나타내는 것은 이러한 낮은 압력 범위들이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 바람직스럽게는 축류 콤프레서인 콤프레서가 바람직스럽게는 벤튜리 튜브(13)(도 8)인 튜브 안에 하우징되고, 상기 튜브는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 2 부분의 단면적은 제 1 부분의 단면적보다 크고, 콤프레서(04)는 상기 제 1 부분 내부에 배치되고 상기 제 2 부분은 증발기/콘덴서의 응축 영역들에 연결되거나 또는 헤더에 연결되거나 또는 헤더의 일부를 자체적으로 형성하는 상기 제 2 부분에 연결된다. 바람직스럽게는, 수력학적으로 헤더(header, 29)와 양립 가능한 직경 또는 증발기/응축기의 응축 영역들의 진입 섹션과 양립 가능한 직경에 도달할 때까지, 상기 튜브의 직경은 증기의 층류 유동을 허용하는 벤튜리 튜브와 유사한 기하 형상에 따라서 증기 경로와 함께 점진적으로 변화한다 (증가한다). 축류 콤프레서의 경우에, 상기 튜브의 일부(예를 들어, 중간에서)에서 작은 직경을 가지는 벤튜리 튜브는 몇가지 장점을 구한다.
- 압축되어야 하는 유체는 효율을 증가시키기 위하여 터빈의 공급에 필요한 속도 증가를 겪는다;
- 터빈에서의 유체 속도 증가에 의하여, 베르누이 정리에 따른 압력 감소(벤튜리 효과)가 있게 되는데, 이것은 터빈 블레이드상의 침전물의 형성의 감소 또는 제거에 참여하며, 침전물은 고압 지점에서 블레이상에 발생되는 응축에 의해 야기된다 (증기는 튜브의 입구에서 포화된다는 점이 주목되어야 한다). 그러한 튜브(베르누이/벤튜리 유형)의 사용은, 튜브로의 입구와 그것의 출구 사이의 에너지 손실 없이 그것의 압력을 임의의 압력 강하 이내로 감소시키면서 유체를 가속시킨다. 상기 압력 강하는, 유량 및 압력의 각각의 구성에 특정한 설계를 수행함으로써, 그리고 소용돌이의 형성을 억제하는 입구에서의 디플렉터 사용에 의하여, 매우 작을 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 특히 튜브 형태이고, 바람직스럽게는 벤튜리 튜브(13)의 형태인 콤프레서 챔버(09)는 열 전도성 재료로 구성되는데, 이것이 바람직스럽게는 증발기/응축기를 제조하는데 이용되는 재료와 같은 재료이다. 이러한 선택은 터빈에 인접한 곳에서 튜브의 일부를 직접적으로 냉각시키는데 기여하는데, 튜브의 일부는 그 지점에 존재하는 높은 난류와 관련된 온도 증가를 겪는다. 따라서, 온도에서의 그 어떤 증가라도 증기의 과열을 초래함으로써 필요한 응축 현상을 억제한다는 점을 이해하면, 상기와 같은 선택은, 있을 수 있는 온도의 상승이 최소한으로 나타나는 압축 단계에 기여할 수 있으며, 그러나 약간 기여할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 본 발명은 열 증류를 위한 설비에 적어도 하나의 통합된 증류 모듈(IDM)[도 9]을 포함하는 기계적인 증기 압축을 제공하며, 상기 통합된 증류 모듈(14)은 증발기/응축기(11), 콤프레서(04) 및 콤프레서 챔버(09)를 구비하며, 바람직스럽게는 이것이 (위에서 설명된 바와 같은) 베루누이/벤튜리 튜브(13)의 형태이다. 본 발명의 이러한 실시예는 밀폐 엔크로져 안에 오직 하나 또는 복수개의 IDM 들을 설치함으로써 구현된다 (도 10). 같은 밀폐 엔크로져 안에 복수개의 IDM 들을 설치함으로써, 모든 보조적인 서비스(급수, NCG_VAC, 증류액, 농축물)들이 공통적일 수 있으며, 그 결과는 환경에 따라서 규모의 경제이다. DWP 를 설계하는 이러한 모듈화된 방식은 비싸지 않은 방식으로 직렬 구성된 (예를 들어 몰딩(moulding) 및 인젝션(injection)에 의해 제조된) 여러개의 소형 IDM 들을 이용하면서 매우 큰 용량을 가진 플랜트를 구성할 수 있게 한다. 예를 들어, 본원에서 설명된 방법에 따라서 각각 1m3/h 의 용량을 가진 프레스된 튜브 및 몰딩/인젝션된 터빈으로 이루어지는 25 개 조립체의 한계 제조 비용(marginal manufacturing cost)은, 오늘날 판매되는 25 m3/h 의 용량을 가진 MVC 유닛에 포함된 커런트 콤프레서(current compressor)의 기계적 부분의 비용 가격의 수백분의 몇을 초과하지 않아야 한다.
다른 바람직한 실시예(도 11)에 따르면, 기계적 증기 압축을 가지는 상기 열 증류 설비는 급수 공급 펌프(15), 증류액 추출 펌프(16), 응축물 추출 펌프(17) 및, 비 응축성 기체(19)를 추출하기 위한 진공 펌프를 포함하고, 여기에서 상기 펌프들중 적어도 하나와 그것의 모터는 완전히 밀폐 엔크로져 내부에 위치된다. 이러한 실시예의 바람직한 변형예에 따르면, 증류액 추출, 농축물 추출 및 재순환 펌프들과 그들의 모터들은 완전히 밀폐 엔크로져 내부에 위치된다. 이러한 배치는 몇가지 중요한 장점들을 가진다:
- 상기 펌프들은 콤프레서에 대하여 위에서 개시된 바와 같은 방식으로 일단 밀폐 챔버 안에 잠기면 모터/펌프 샤프트상에 밀봉 또는 진공 저항(vacuum-resistant) 개스킷을 필요로 하지 않기 때문에 상기 펌프들의 구성이 단순화된다;
- 통상적으로 밀폐 엔크로져의 메인 블록(main block) 외부에 설치되는 펌프들을 지나서 공급 파이프 및 추출 파이프의 단열을 계속할 필요가 없기 때문에, 밀폐 챔버의 단열의 형태 및 구현을 단순화시킨다;
- 증발되어야 하는 물 수조의 온도를 유지시키기 위하여 펌프들 및 그것의 모터들에 의해 소산되는 열 에너지의 직접적인 회수를 이룰 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 기계적인 증기 압축을 이용하는 상기 열적 증류 설비는 증발기/응축기의 증발 영역에서 농축물(concentrate)의 재순환/이송을 위하여 농축물을 재순환시키는 펌프를 포함한다 [도 11](8). 증류 설비의 전환 비율(conversion rate)을 증가시키기 위해 잘 알려진 이러한 구성은 밀폐 챔버 내부에 재순환 펌프의 전체(즉, 그것의 모터와 함께 완성되는 전체)를 배치시킨다는 개념에 의하여 부분 진공하에 있는 엔크로져 안에서 용이하게 구현된다. 밀폐 엔크로져내에 설치된 다른 펌프들 및 콤프레서에 대하여 동일한 방식으로, 상기 구성은 동일한 장점을 가진다;
- 콤프레서에 대하여 위에서 개시된 바와 같은 방식으로, 상기 펌프들은 일단 밀폐 챔버 안에 잠기면 모터/펌프 샤프트상에 진공 저항 개스킷 또는 밀봉을 더 이상 필요로 하지 않기 때문에 상기 펌프들의 구조를 단순화시킨다; 더욱이, 여러가지 공지된 캐비테이션(cavitation) 문제를 일으키는, 추출 및 재순환 펌프들의 진공하에 있는 전체 하류 부분이 매우 감소된다;
- 통상적으로 밀폐 엔크로져의 메인 블록 외부에 설치된 펌프들을 지나서 공급 및 추출 파이프들의 단열을 계속시킬 필요가 더 이상 없기 때문에 밀폐 챔버의 단열의 형태 및 구현을 단순화시킨다;
- 증발되어야 하는 물 수조의 온도를 유지하기 위하여 펌프들 및 모터들에 의해 소산된 열 에너지의 직접적인 회수를 이룰 수 있다.
농축물의 재순환은 스프레이 시스템(12)을 급수 공급 시스템으로부터 분리시킬 수 있게 하는데, 이것은 효과(effect)의 전환 비율에 의해 보통 부과되는 것과 상이한 비율 또는 그보다 더 높은 비율로 스프레이(spray)할 수 있고 또한 최대 50 % 의 값으로 전환 비율을 증가시킬 수 있는 장점을 가진다.
바람직스럽게는, 상기 열 증류 설비는 급수 공급의 유량, 증류액의 추출 및 농축물의 추출을 제어하기 위한 조절 부재(23,27)뿐만 아니라, 유입되는 급수 유동과 증류액, 농축물 및 비 응축성 기체의 유출되는 유량 사이에서의 열교환기를 포함한다. 상기 방법의 온도가 바람직스럽게는 70℃ 또는 60℃ 미만으로 한정되고, 보다 바람직스럽게는 40℃ 내지 60℃ 사이에서 한정되기 때문에, 증류되어야 하는 수조(bath)가 급수로 다시 채워지고 증류액, 농축물 및 다른 농축되지 않은 기체가 추출될 때 밀폐 엔크로져 안에 포함된 열 및 에너지가 연속적으로 외부로 배출됨으로써 상실되지 않는 것을 보장할 필요가 있다. 각각의 열 손실은 콤프레서 기능의 여분에 의하여 또는 가열 수단에 의하여 추가적인 에너지 공급으로 보상되어야 한다. 그러한 열 손실을 회피하기 위하여, 다중 유동 교환기(multiflow exchanger)를 설치할 필요가 있으며, 이것은 일 방향으로는 유입되는 급수를 가열하고, 다른 방향으로는 유출되는 유동으로부터 열 에너지를 회수한다.
이러한 다중 유동 열 교환기의 최적 기능을 보장하기 위하여, 시간 단위 당(當) 교환되어야 하는 열량이 동등해야 하는 것이 필수적이며, 그렇지 않으면 수용 매체(receiving medium)의 온도와 마주하는 교환기의 배출기에서 온도 차이가 나타난다. 상기 방법의 온도는 일정하고 외부 온도는 매우 낮은 가변성을 가지기 때문에, 교환되어야 하는 유체의 유량이 안정될 필요가 있다. 이와 관련하여, 매우 간단한 실시예는 유량계(flow meter)를 유입 및 유출 라인 각각에 배치하는 것을 포함하며, 개별적인 공급 펌프 및 추출 펌프의 속도를 고정된 유량 값에 종속시키는 것을 포함한다.
그러나, 3 가지 유량 조절들중 하나는, 관련된 유체의 온도 및 유량에서의 여러가지 부정확성으로부터 초래될 생산에서의 편차를 장기적으로 보상하기 위하여, 콤프레서가 고정된 속도 또는 조절된 속도에서 작동되는가에 따라서, 증류되어야 하는 물 수조의 레벨 제어에 적합화될 수 있거나, 또는 증류액 저장조의 레벨 제어에 적합화될 수 있어야 한다.
이러한 특징의 다른 실시예는 추출되어야 하는 증류액의 레벨에 종속된 증류액 추출 펌프를 고려하고, 전환 비율(conversion rate)을 결정하는 고정 비율에 따라서 증류액의 추출 비율에 대하여 급수 공급 펌프 및 농축물 추출 펌프를 종속시키는 것이다. 그렇게 함으로써, 유입 유동 및 유출 유동의 유량이 연속적으로 균형이 이루어지고 이들 유동들 사이의 열교환이 최적화된다. 소형 유닛(unit)들에 대하여 지시된 이러한 특징의 하나의 실시예는 유닛의 전환 비율을 판단하는 고정된 비율[도 12, 좌측]에 따라서 함께 결합된 볼류메트릭 펌프(volumetric pump)들의 사용을 고려하는데, 조립은 증류액 추출 레벨에 종속된다. 모든 3 개의 펌프(20,21,22)들을 공통의 구동 메카니즘(23)을 통해 움직이기 위하여, 급수 공급 펌프의 입력 포트에서 맞이하게 되는 절대 압력을 기계적 에너지로서 사용하는 것이 우선적인 선택이다. 대형 유닛들에 대하여, 하나의 실시예는 각각 유량계가 제공된 원심 펌프들을 고려하는데, 이것은 유닛의 전환 비율을 결정하는 상기 고정된 비율을 부과하는 조절에 따라서 주파수 베리에이터(frequency variators)에 종속되어 있다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 기계적 증기 압축을 이용하는 상기 열 증류 설비의 상기 증발기/응축기는 응축 영역으로 증기를 받아들이기 위한 헤더(29)를 포함하며, 상기 헤더(29)는 응축 영역(5)들의 진입 단면(entry cross section)들의 합으로 구성된 수용 단면(admission cross-section) 및 전체 단면(total cross-section, 28)을 가지는데, 헤더(29)의 전체 단면(28)과 응축 영역(05)들의 전체 수용 단면 사이의 비율은 70 % 또는 80 % 보다 크고, 바람직한 실시예에 따르면 90 % 또는 95 % 보다 커서, 응축 영역으로 진입하는 증기의 압력 강하를 상당히 감소시킨다. 이것은, 주요 목적들중 하나가 압력 강하의 감소를 포함하는 설비의 에너지(전기) 소비를 감소시키는 것인 본원의 MVC 방법의 실시예에서, 증기에서 발생된 각각의 유압 강하는 열 에너지로 전환된다는 점을 기억할 필요가 있기 때문인데, 즉, 유압 강하는 상기 유압 강하를 일으키는 장애물 및/또는 유체에 온도 증가를 부여한다. 주어진 압력에서 증기에 가해진 이러한 온도 증가는 위에서 이미 언급된 바와 같이 증기를 과열 증기로 변환시킨다. 과열 증기는 잘 응축되지 않기 때문에, 이러한 현상은 에너지 레벨에서 MVC 방법에 역으로 작용한다; 이것은 사실상 2 중의 단점을 가진다.
- 이것은 압력 강하를 보상하기 위하여 압력을 더 필요로 하며, 이것은 증기 콤프레서들의 제한된 성능에 비추어 유감스러운 것이며, 감소된 압력의 증기 분야에서는 더욱 그러하다.
- 이것은 응축 현상을 개시하기 위하여 응축 압력 또는 작동 압력에서의 증가를 필요로 하기도 한다.
이러한 이유로, 증기의 전체 경로에 걸쳐서 가능한 한 압력 강하를 제거하는 것이 주요 목적이다. 이러한 원리를 구현하는 우선적인 방법은 증기로의 개구가 최대이도록 교환기를 설계하는 것이거나, 또는 다르게 표현하면, 응축 영역에서의 증기의 수용 단면적(cross-section of admission)이 헤더(29)(28)의 전체 단면적의 적어도 70 % 또는 80 %, 바람직스럽게는 적어도 90 % 또는 95 % 이도록 교환기를 설계하는 것이다. 이것은 다양한 방법으로 명백해질 수 있으며, 다음의 몇가지 바람직한 실시예들을 포함한다.
- 바람직스럽게는 감소하는 단면(도 13)을 가지는 둥근 튜브들의 조립체(도 14)로서, 증기를 받아들이는 이것의 부분들은 실린더형 단면을 가진 튜브들과 작동하면서 큰 개구 비율(07)을 획득하기 위하여 인접해 있다.
- 바람직스럽게는 감소되는 단면을 가지고(도 13), 함께 맞춰질 수 있는 (육각형, 정사각형 또는 삼각형 단면) 튜브들의 조립체로서, 증기를 받아들이는 이들의 부분들은 최대 개구 비율(07)을 얻도록 인접해 있다; 그러나 이러한 실시예는 튜브의 보다 복잡한 형태 때문에 비싸다.
- 압력 강하를 거의 발생시키지 않는 부드러운 만곡으로 나타나는 인접하고 정교한 개구들을 가지면서, 콤프레서의 튜브(13)의 출구 단면을 특정한 개수의 형상화된 출구들로 분배하는 형상화된 헤더(profiled header, 30)에 의해 선행되는, 일정한 단면을 가진 통상적인 둥근 튜브들의 조립체[도 16].
- 도 13 에 유사한 단면 및 거의 전체적인 개구를 가지는 콘서티나(concertina) 형태의 플레이트들의 조립체.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 기계적인 증기 압축을 이용하는 상기 열 증류 설비의 상기 콤프레서(04), 상기 헤더(29) 및, 선택적으로 상기 콤프레서 챔버(9) 또는 상기 튜브(13) 및 상기 증발기/응축기는 정렬되는데, 상기 헤더(29) 및 상기 콤프레서 챔버 또는 튜브(13)는 증발기/응축기의 응축 영역(05) 내부의 증기를 직선 축을 따라서 이동시킬 수 있다. 교환기의 개구 비율(opening ratio)과 관련된 이전의 구성과 같이, 이러한 구성은 (위에서 이미 설명되고 증명된 바와 같이) 2 중적으로 유해한 효과를 가지는 압력 강하를 감소시킬 목적을 위하여 중요하다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 기계적인 증기 압축을 이용하는 상기 열 증류 설비는, 전기 요소 또는 히트 펌프에 의한 바람직한 실시예에 따라서, 밀폐 챔버 내부의 온도를 일정한 온도로 유지하기 위하여 열 보충 시스템(heat make up system)을 더 포함한다. 사실상 콤프레서의 파워 증가에 의하여 발생되는 다중 유동 교환기(multiflow exchanger)를 통하여 그리고/또는 엔크로져의 단열을 통하여 열 손실을 보상하는 것은 회피할 필요가 있다; 콤프레서의 효율은 간단한 가열 요소보다 높지 않으며, 히트 펌프의 효율보다 매우 낮고, 그렇게 낮은 온도 증가(delta)를 가지고 작동하기에는 더욱 그러하다. 수조의 온도를 유지하는 것은 중요하다; 과도하게 낮은 온도는 교환기의 재료를 통하여 에너지 전달의 용량을 감소시키는 반면에, 과도하게 높은 온도는 교환기를 통하여 에너지 교환에 참여할 수 없는 과도한 증기를 발생시킬 것이며 과도한 증기는 진공하의 푸팅(putting)을 통해 배출될 것이다 (또는 NCG_VAC 로부터의 추출). 상기 양쪽의 경우들에서 증류기의 효율 상실이 있으며, 최악의 경우는 과도하게 낮은 온도이다.
바람직한 실시예들은 다음과 같다:
- 소형 유닛들에 대하여, 수조(bath) 또는 농축물 재순환 회로 또는 급수 유입부(feed water inlet)에 배치된 간단한 전기 요소,
-다수의 IDM 들을 포함하는 설비의 경우에, 중앙 열 펌프에 의해 가열되는 열 전달 유체를 위한 보조적인 공통 회로; 열 펌프 시스템은 단순한 전기 요소의 효율의 최대 600 % 의 범위일 수 있는 상대 효율을 가지며, 즉, 증기 압축 시스템의 최대 750 % 일 수 있다.
도 13 은 감소하는 단면을 가진 튜브들을 구비하는 (증발기/응축기가 가지는) 교환기 섹션 및 플레이트-유형 교환기 섹션 양쪽을 도시한다 .
응축 영역에서의 증기의 경로를 따른 응축 영역의 감소하는 단면에 관하여, 증발기/응축기의 이러한 실시예는 3 중의 장점을 가진다:
- 이것은 증발(02)을 담당하는 교환기의 면(face)/영역의 스프레이 노즐(12)에 의한 스프레이 작용을 허용하며, 이는 만약 튜브들이 그들의 전체 길이에 걸쳐 인접하지 않다면 더 이상 가능하지 않을 것이다.
- 이것은 증기 경로의 앞서 나온 부분에서 증기의 접촉이 응축되는 것을 증진시킨다; 이것은 증기가 전진하고 교환기에서 응축할 때, 남아 있는 증기의 양이 감소하기 때문이며, 만약 튜브의 단면 또는 응축 체적이 일정하게 유지되면, 증기 농도는 교환기내에서의 진전에 따라서 감소하고, 마찬가지로 응축 효율이 감소하기 때문이다;
- 교환 표면 및 그것을 제조하는데 필요한 재료의 양을 동일한 효율에 대하여 대략 30 % 내지 45 % 의 인자로 감소시킨다.
단면이 증기의 경로와 함께 감소하는 교환기들을 이용함으로써, 교환기를 위한 구성 재료의 30 % 내지 45 % 의 절감이 있을 뿐만 아니라, 더욱이 동일한 조건들에 대하여 효율이 증가된다. 이러한 장점들은 콤프레서의 특성 및 위치 선정에 독립적이며, 또한 종래 기술의 증류 설비들에서도 타당하다.
따라서, 본 발명의 제 2 주제는 기계적인 증기 압축을 이용하는 열 증류 설비를 제공하는 것으로서, 이것은 급수를 수용하기 위한 유입부, 증류액을 배출하기 위한 유출부, 농축물을 배출하기 위한 유출부 및 비 응축성(non-condensible) 기체를 배출하기 위한 유출부를 포함하고 바람직스럽게는 부분 압력하에 있는 밀폐 챔버(01); 상기 밀폐 챔버(01) 안에 있는 응축 영역(05) 및 증발 영역(02)을 포함하는 증발기/응축기(11)와 모터에 연결된 콤프레서(04)를 포함하고, 상기 증발기/응축기는 응축 영역내에서 증기의 경로에 따라서 응축 영역의 감소되는 단면을 가진다.
본 발명의 마지막 주제는 기계적 증기 압축을 이용하는 열 증류 설비에 관한 것으로서, 이것은 급수를 수용하기 위한 유입부, 증류액을 배출하기 위한 유출부, 농축물을 배출하기 위한 유출부 및 비 압축성 기체를 배출하기 위한 유출부를 포함하고 바람직스럽게는 부분 진공하에 있는 밀페 챔버(01); 상기 밀폐 챔버(01) 내부의 증발 영역(02) 및 응축 영역(05)을 포함하는 증발기/응축기(11) 및 모터에 연결된 콤프레서(04)를 포함하고; 상기 콤프레서는 축류 유형(axial flow type)의 콤프레서이다. 바람직스럽게는, 상기 축류 콤프레서는 디플렉터(deflector) 또는 배플(baffle)을 포함한다. 바람직스럽게는, 상기 축류 콤프레서는 30 cm 또는 50 cm 보다 큰 직경 또는 치수를 가지고, 보다 바람직스럽게는 75 cm 또는 1 m 보다 큰 직경 또는 치수를 가진다. 이와 관련하여, 상기 콤프레서의 모터는 밀폐 챔버의 외부 또는 내부에 위치될 수 있다.
본 발명의 방법 및 설비의 다양한 실시예들은 물의 미네랄 제거(demineralisation) 또는 해수의 탈염(desalination) 분야에서 특히 유용하며, 예를 들어 음용수 또는 미네랄이 제거된 물(demineralized water)을 생산하기 위한 것이다.
1. 밀폐 챔버 2. 증발기/응축기의 증발 영역
3. 증기 이송 시스템 또는 증기 파이프 4. 모터[MOT]에 연결된 콤프레서
5. 증발기/응축기의 응축 영역 6. 대형 파이프
7. 응축 영역 유입부 8. 증발기/콘덴서를 공급하는 챔버
9. 콤프레서 챔버 11. 증발기/콘덴서
12. 스프레이 노즐
13. 벤튜리 튜브 또는 벤튜리 튜브 형태의 콤프레서 챔버
14. 일체화된 증류 모듈 15. 급수를 공급하는 펌프
16. 증류액을 추출하는 펌프 17. 농축물을 추출하는 펌프
18. 농축물을 재순환시키는 펌프
19. 비 응축성 기체를 추출하는 진공 펌프
20.21.22. 모터 없이 급수를 공급하고 농축물 및 증류액을 추출하는 펌프
23. 3 개의 공급 및 추출 펌프들에 공통적이고 상기 펌프들 사이의 고정 비율을 결정하는,구동 수단 및 모터
24.25.26. 급수를 공급하고 농축물 및 증류액을 추출하는 펌프들
27. (예를 들어 유입 유동 또는 유출 유동의 비율을 제어하는) 조절 부재
28. 증발기/콘덴서의 응축 영역 유입부의 단면
29. 증기를 응축 영역으로 받아들이기 위한 헤더
30. 증기를 응축 영역 안으로 받아들이기 위한 프로파일이 형성된 헤더로서, 실린더형 튜브들에 의해 증발기/응축기의 설계를 가능하게 한다.

Claims (31)

  1. 물의 탈염을 위하여 기계적인 증기 압축을 이용하는 열 증류 설비로서,
    급수(feed water)를 수용하기 위한 유입부, 증류액을 배출하기 위한 유출부, 농축물(concentrate)을 배출하기 위한 유출부 및, 비 응축성 기체(non-condensible gas)를 배출하기 위한 유출부를 포함하는, 밀폐 챔버(01);
    상기 밀폐 챔버(01) 내부에 증발 영역(02) 및 응축 영역(05)을 포함하는, 증발기/응축기(11);
    증발 영역(02)에서 발생된 증기의 압력을 증가시킬 수 있고, 증기를 응축 영역(5)으로 이송시킬 수 있으며, 모터에 연결된, 콤프레서(04);를 포함하고,
    밀폐 챔버(01)는 부분 진공하에 있으며, 상기 밀폐 챔버 내부의 압력은 대기압보다 낮고;
    상기 콤프레서(04) 및 그것의 모터는 상기 밀폐 챔버 내부에 위치하고, 상기 모터는 고정자 및 회전자를 포함하고, 상기 고정자 및 상기 회전자는 전체가 상기 밀폐 챔버 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    콤프레서(04)는 7500 rev/min 를 초과하는 회전 속도를 달성할 수 있는 콤프레서인 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    콤프레서(04)는 25,000 rev/min 를 초과하는 회전 속도를 달성할 수 있는 콤프레서인 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  4. 제 1 항에 있어서,
    콤프레서(04)는 축류 유형(axial flow type)이고, 상기 콤프레서의 모터 또는 콤프레서(04) 및 콤프레서의 모터로 이루어진 조립체는 증발 영역(02)들로부터 응축 영역(05)들로 유동하는 증기 흐름내에 위치하는 것을 특징으로하는, 열 증류 설비.
  5. 제 1 항에 있어서,
    밀폐 챔버(01) 내부의 압력은 0.75 bar(a) 보다 낮은 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  6. 제 5 항에 있어서,
    밀폐 챔버(01) 내부의 압력은 0.25 bar(a) 보다 낮은 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  7. 제 1 항에 있어서,
    콤프레서(04)는 50 m/s 를 초과하는 주위 속도(peripheral speed)를 달성할 수 있는 블레이드들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  8. 제 1 항에 있어서,
    튜브(13)를 포함하고, 상기 튜브(13)는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 2 부분의 단면적은 상기 제 1 부분의 단면적보다 크고, 콤프레서(04)는 증발기/응축기의 응축 영역(05)에 연결되는 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 콤프레서는 축류(axial flow) 콤프레서인 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 튜브(13)는 열 전도성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  11. 제 10 항에 있어서,
    열 전도성 재료는 증발기/응축기(11)를 제조하는데 사용되는 재료와 같은 재료인 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  12. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 일체화된 증류 모듈(14)을 포함하고, 상기 일체화된 증류 모듈(14)은 증발기/응축기, 콤프레서(04) 및, 튜브(13)를 포함하고, 상기 튜브(13)는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 제 2 부분의 단면적은 제 1 부분의 단면적보다 크고, 콤프레서(04)는 상기 제 1 부분 내부에 배치되고, 상기 제 2 부분은 증기를 응축 영역 안으로 받아들이기 위하여 헤더(header, 29)를 포함하거나 또는 증발기/응축기(11)의 헤더(29)에 연결되거나 또는 상기 제 2 부분은 증발기/콘덴서(11)의 응축 영역(05)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  13. 제 1 항에 있어서,
    급수 공급 펌프(15), 증류액-추출 펌프(16), 농축물-추출 펌프(17) 및, 비 응축성 기체의 추출을 위한 진공 펌프(19)를 포함하고, 상기 펌프들중 적어도 하나 및 그것의 모터는 완전하게 상기 밀폐 챔버(01)의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  14. 제 13 항에 있어서,
    농축물(concentrate)을 증발기/응축기의 증발 영역(02)으로 이송시키기 위한 농축물-재순환 펌프(18)를 포함하고, 상기 재순환 펌프 및 그것의 모터는 완전히 상기 밀폐 챔버(01)의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 증류액 추출 펌프(16), 상기 농축물 추출 펌프(17) 및 재순환 펌프(18)와 그들의 모터들은 완전히 밀폐 챔버(01) 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  16. 제 1 항에 있어서,
    급수 공급, 증류액 추출 및 농축물 추출의 비율들을 제어하기 위한 조절 부재(23,27)들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  17. 제 16 항에 있어서,
    급수의 유입 유동과 증류액, 농축물 및 비 응축성 기체의 유출 유동 사이에 열 교환기들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  18. 제 1 항에 있어서,
    증발기/응축기는 증기를 응축 영역 안으로 받아들이기 위한 헤더(header, 29)를 포함하고, 상기 헤더(29)는 응축 영역(05)들의 유입 단면들의 합으로 이루어진 수용 단면(admission cross-section) 및 전체 단면(total cross-section, 28)을 가지고, 응축 영역(05)으로의 수용 단면과 헤더의 전체 단면(28) 사이의 비율은 70 % 보다 큰 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  19. 제 18 항에 있어서,
    응축 영역(05)으로의 수용 단면과 헤더의 전체 단면(28) 사이의 비율은 95 % 보다 큰 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  20. 제 18 항에 있어서,
    콤프레서(04), 헤더(29), 선택적으로는 튜브(13) 및, 증발기/응축기는 정렬되고, 헤더(29) 및 선택적으로는 튜브(13)가 직선의 축을 따라서 증발기/응축기의 응축 영역(05) 내부로 증기를 이송시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  21. 제 1 항에 있어서,
    응축 영역(05)의 단면적은 증기의 순환 방향으로 감소되는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀폐 챔버 내부의 온도를 일정한 온도로 유지하기 위한 열 보충 시스템(heat make-up system)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
  23. 제 22 항에 있어서,
    열 보충 시스템은 전기 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열 증류 설비.
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