KR930008107B1

KR930008107B1 - 증류장치

Info

Publication number: KR930008107B1
Application number: KR1019900700848A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 하이니외 타피오; 콘투 마우리
Original assignee: 아쿠아맥스 오와이; 페터 코이스티넨
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1989-08-25
Publication date: 1993-08-26
Also published as: DE68917470T2; AU635718B2; JP2972253B2; AU4198689A; KR900701358A; JPH04500172A; EP0431030B1; BR8907612A; EP0431030A1; RU2005530C1; WO1990001977A1; DE68917470D1; ES2016501A6; ATE109670T1

Abstract

내용 없음.

Description

증류장치

제 1 도는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 부분단면도.

제 2 도는 증기응축기의 전면도.

제 3 도는 한쌍의 막을 나타낸 사시도.

제 4 도는 증기공급개구부의 지지결속구와 클램프의 사시도.

제 5 도는 본 발명의 제 2 실시예를 나타전 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 하우징 (housing) 2 : 송풍기 (blower)

3 : 증기관(vapour conduit) 4 : 흡입기(suction chamber)

5 : 주입실(feed chamber) 6 : 공급관(supply line)

7, 8 : 예열교환기(preheat exchanger)

9, 10 : 배출관(discharge line) 11,12 : 배수실(drainage basin)

13 : 한쌍의 막(a pair of membrance)

14 : 지지대(supports) 15 : 클램프(clamps)

16 : 수직클램프(vertical clamps) 17, 18 : 지지대(supports)

19 : 분배실(distributing basin) 20 : 분배튜브(distributing tube)

21 : 낙하분리기(drop separator) 22 : 튜브(tube)

23 : 점 용접(spot welds) 24 : 홈(groove)

25 : 증기응축기(evaporative condenser) 31 : 하우징(housing)

32 : 증기응축기(evaporative condenser) 33 : 예열교환기(preheat exchanger)

34 : 주입장치(feed apparatus) 35 : 압축기(compressor)

36 : 구동모터(drive motor) 37 : 진공됨프(vacuum pump)

38 : 증류펌프(distillate pump) 39 : 잔여수 펌프(waste pump)

40 : 밀봉장치(seal unit) 41 : 낙하분리기(droplet separator)

42 : 공간(space) 43, 45 : 출구관(outlet line)

44, 46 : 배출관(discharge line) 47 : 펌프(pump)

48, 49 : 냉각회로(cooling circuit)

본 발명은 하우징, 증발부와 응축부 및 하우징내에 고정되어 있는 증기응축기, 액체가 증기응축기의 증발부로 증류되도록 주입하는 장치, 증기응축기에서 진공을 발생시키는 장치 및 증발부에서 발생한 증기로 증기응축기의 응축기부로 보내는 송풍기를 포함하는 증류장치에 관한 것이다.

증기응축기의 원리로 작동하는 증류장치의 작동원리는 다음과 같다. 증류되는 액체는 우선 증류되도록 가열되고, 미증발 잔여수는 예열교환기에서 가열되며 그후 증기응축기로 공급된다. 증발기로부터 증기는 송풍기(압축기)에 의해 흡수되며 반면에 미증발 잔여수는 증발기의 저면부로 흐른다. 증기의 압력과 온도는 송풍기 작동후 상승한다. 송풍기로부터 증기는 응축기로 보내져 거기에서 응축되며 열은 증발기에 공급되는 물에 전달되어 증기화된다. 증류수는 중력의 영향으로 장치의 저면부로 흐르고 증발 온도는 장치 내부의 압력을 변화시킴으로써 요망온도를 얻을 수 있다. 사용온도는 일반적으로 50에서 60도 사이이며 이로 인해 장치 내부에서 요구되는 진공이 발생한다. 가장 흔한 증기 압축기 형태의 증류장치의 응용은 해수에서 취수한 신선한 물의 정수장치였다.

종래의 증기응축기는 튜브형 또는 판형 열교환기 형태였다. 해수의 증류는 주로 두가지 이유 때문에 이러한 장치에 문제성이 있었다.

첫째, 해수는 합성되는 심각한 부식의 문제점과 함께 증류조건하에서 고도의 부식성이 있기 때문에 예를들어 티탄과 컴프로니켈이 증기응축기 재료로 이용되어 왔던 것이다.

특수합금을 이용하면 역삼투압과 같은 방법으로 인해 장치를 비싸게하고 경쟁력을 저하시킨다.

둘째, 종래 증류장치의 문제점은 열전달 표면에의 오염이었다.

해수의 특성은 이런점에서 변화가 많고 장치의 설계에서는 물에 대한 화학적 전문기술을 요구하여 왔다. 오염물은 금속표면에 쉽게 부착되므로 결과적으로 기존의 장치를 주기적으로 세척하고 닦을 필요가 있었다.

본 발명의 목적은 상기의 결점을 제거하고 유지하기에 보다 용이한 개량된 성능의 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 장치에서 증기응축기는 기본적으로 밀폐된 한쌍의 막과 증기응축기의 응축기부를 형성하는 상기 여러쌍의 막안에 공간을 포함하는 것을 특징으로 한다. 막은 바람직하게 플라스틱 필름이나 이와 유사한 재료로 만들어지므로 본 발명에 있어 증기응축기는 선행기술과 비교하여 비용이 들지 않는 구조라는 것이 장점이다. 열 전달면은 얇은 플라스틱막으로 만들어졌으므로 단위 면적당 가격은 티탄재의 가격에 불과하다. 공지로서 플라스틱재는 고도의 내식성이 있기 때문에 플라스틱열 전달면은 부식으로 손상되지 않는다. 플라스틱의 단점은 열전도성이 낮으며, 표면적이 넓은 면을 이용하여야 한다는 점이다. 증기 압축기 형태의 증류장치에서 증발부와 응축부간의 압력차이는 대략 150에서 300mm의 수두압(water column)이다.

이러한 이유때문에 박판의 막이 본 발명 장치에 사용될 수 있다. 우수한 플라스틱 필름은 시장에서 쉽게 구입할 수 있으며 금속제 판도 대체용으로 고려될 수 있다. 각각 쌍의 막은 증기응축기로부터 분리될 수 있으며 작동상태하에서 교환될 수 있다.

또한 본 발명에 의한 장치는 열 전달면의 유연성 때문에 오염되지 않는다. 표면에 붙어 있는 오염물질은 압력변화로 제거할 수 있다.

종래의 증류장치에서 처럼, 송풍기 또는 압축기는 부속품과 증기응축기의 하우징 외부에 설치되어 있으며 압축기 주변공기로부터 보호설치 되어야 한다. 이러한 조건이 압축기 부품을 아주 비싸게하고 복잡한 구조로 만들게 한다. 특히 축 밀봉은 복잡하고 소형장치에서는 에너지 소모 부위이다. 역시 압축기의 입,출구의 파이프관을 연결부품으로 설치하는 것은 비싸고 노동력을 요하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 이러한 문제점을 제거하고 구동모터를 포함하는 압축기가 증기응축기의 하우징 내부에 설치되는 장치의 바람직한 실시예를 달성하는데 있다. 이러한 점에서 압축기의 구조와 일체의 증류장치가 근본적으로 단순화 되므로 축의 입구 혹은 외부 도관 연결이 필요없게 된다. 압축기의 날개는 축과 구동모터와 베어링에 직접 설치되는 것이 바람직하며 분리된 축과 베어링 부품은 압축기용으로 필요하지 않다. 이 경우 밀봉부는 구동모터의 베어링과 압축기의 날개 사이에 설치되게끔 하는 것이 바람직하며 상기의 밀봉부는 모터의 베어링에 증기의 역류를 방지한다.

또 다른 하나는 압축기 내부에서 누출물이 증류수로 유입되지 않게 하려면 압축기용 격리실과 그 부속품은 하우징 내부에서 바람직하게 분리되어야 하며 거기로부터 증기응축기의 응축부에 압력 연결부와 증기응축기의 증발부에 유체 연결부가 있다.

본 발명에 대한 증류장치의 실시예를 도시적으로 설명하는 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명되고 있다.

제 1 도에 있어서 1번은 증류장치의 하우징을 나타내며, 2번은 송풍기, 3번은 증기관, 4번과 5번은 증기의 흡입과 주입실을 나타내며, 증류할 물의 공급관은 6이고, 7,8은 예열교환기, 9,10은 잔여수와 증류수용 배출관, 11,12는 잔여수와 증류수에 대한 배수실, 13은 증기응축기(25)내의 한쌍의 막(필름), 23은 막 사이를 연결하는 점용접, 한쌍의 막에 대한 지지대는 14, 증기 공급개구부(vapour supply opening)의 하부모서리(lower edge)에 있는 클램프는 15로 표시하며, 수직클램프는 16, 한쌍의 막을 지지하는 지지대는 17,18, 증류될 물의 분배실은 19, 분배튜브는 20, 낙하분리기는 21이고 증기는 튜브(22)를 통하여 한쌍의 막 사이로 배출된다.

제 1 도의 증류장치는 다음과 같이 작동된다. 증류된 물은 예열교환기(7,8)를 경유하는 공급관(6)을 통하여 분배실(19)에 도달되고, 그곳으로부터 한쌍의 막 사이에 한정된 통로 안으로 튜브(20)를 통하여 흐르게 되며, 그곳 안에서 증발된다.

증발되지 않은 잔여수는 배수실(11)안으로 흐르고, 송풍기(2)는 발생된 증기를 흡입실(4)로부터 주입실(5)을 경유하여 각각 밀폐된 한쌍의 통로안쪽으로 불어 보낸다. 그곳에서 증기는 응축되며 튜브(22)를 통하여 배수실(12)로 흐른다. 증류수(distillate)와 잔여수로부터의 열은 예열교환기(8, 7)를 통하여 공급물에 재순환되므로 장치의 효율이 현저하게 개선된다. 증기응축기의 한쌍의 막은 바람직하게는 지지대(14)가 갖추어져 있는 상부 모서리, 튜브(20)용 홈(24)이 갖추어진 상부와 함께 용접되어진 상하부 모서리로 이루어지며, 밀폐된 호스 형상의 플라스틱 막으로 만들어진다.

각각 한쌍(13)와 막 사이에 한정된 통로가 바람직한 크기가 되기 위하여 막이 점용접(23)에 의해 함께 용접된다. 쌍을 이룬 막의 하부 모서리는 증류수가 튜브(22)안으로 흐르도록 경사지게 만들어져 있다. 지지대(14)는 증기의 공급을 위하여 그들의 측면에 개구부(opening)를 가진다. 한쌍의 막(13)은 증기공급구에 위치한 막이 뚫린 후 함께 접착된다. 접착은 수직클램프(16)에 의해 이루어지며, 수직클램프는 증기가 증발기로 들어가는 것을 막는다. 한쌍의 막은 클램프(15) 장치에 의해 하우징(1)에 안전하게 보호된다. 지지대(14)는 지지대(17, 18)위에 있으며, 막의 하부 모서리는 느슨하게 매달려 있다.

증발기와 응축기 통로사이의 공간은 지지대(14)의 두께와 점용접(23)의 수를 변경시키므로서 원하는 대로 조정될 수 있다. 증발기의 통로에서 막이 가장 확장된 점에서 서로 접촉될 수 있으므로 구조가 강화된다. 확장될 수 있고 수축될 수 있는 통로는 열 전달에 상당한 이점을 가진다. 막의 일부가 사용중에 찢어진다면 한쌍의 막은 클램프(15, 16)를 분리하고 막 전체를 느슨하게 함으로서 교체될 수 있다. 그 후에 한쌍의 막은 특별한 장비없이 교체될 수 있다.

제 5 도에 도시된 실시예는 하우징(31)과 하우징(31)내에 고정된 제 1 도 내지 4 도에 앞서 기술한 것과 동일한 구조의 증기응축기(32), 증류하고자 하는 액체를 화살표(50)에 의해 표시된 바와같이 증기응축기(32)의 방향으로 운반하고 또한 가열하기 시작하는 예열교환기(33)(33a)(33b), 증류하고자 하는 액체를 증기응축기(32)의 증발부로 공급하기 위하여 예열교환기에 연결된 주입장치(34), 증기응축기(32) 내에 진공을 만듦과 동시에 하우징(31)내에 대기압 보다 낮은 기압을 만들기 위한 진공펌프(37), 증기응축기(32)와 연결된 압축기(35), 완전히 하우징(1)내에 설치되어 압축기를 작동시키기 위한 구동모타(36), 덕트 시스템을 갖는 압축기장치, 그외 증발부에서 발생한 증기의 온도 및 압력을 각각 높이고 가압, 가열된 증기를 증기응축기(32)의 응축부로 전달하기 위한 부속장치, 응축기 내에 생긴 증류수를 제거하기 위한 증류수 펌프(38) 및 증류되지 않은 액채 예컨대 잔여수를 제거하기 위한 잔여수펌프(39)를 포함한다. 이 장치는 공기 배출기를 포함하지만 도면에는 도시되지 않았으며 증기응축기(32)와 압축기(35) 사이에 낙하분리기(a droplet separator)(41)를 포함한다. 압축기(35)의 날개(impeller)(35a)는 직접 구동모터(36)의 축과 베어링에 설치되며 밀봉장치(40)는 상기 베어링과 날개(35a) 사이에 고정된다.

압축기(35)와 구동모터 그밖의 적당한 부속장치가 놓일 분리된 공간(42)은 하우징(31)내에서 분리하여 설치될 수 있다. 번호 (43)은 증기응축기(32)로부터 증류수를 배출하기 위한 출구관을 나타내며 (44)는 증류수 배출관을 나타낸다. (45)와 (46)은 잔여수에 대한 관련 출구관 및 배출관을 각각 나타내며, (47)은 잔여수 부분을 90%까지 재순환시키기 위한 펌프를 나타낸다. (48)과 (49)는 모터(36)를 냉각시키기 위한 냉각관회로를 나타낸다. 냉각수가 냉각회로(49)를 통할때의 액체의 흐름에 대한 유체저항으로부터 그 흐름을 원활하게 하기 위하여 예열교환기(33)를 펌프(38)로부터 그 흐름을 원활하게 하기 위하여 예열교환기(33)를 펌프(38)로 구동한다.

증기는 또한 예열교환기(33b)에서 응축되며 그 결과로 생긴 증류수는 도관(51)을 통하여 출구관(43)의 증류수와 합체된다. 펌프(38)(39)(47)는 하우징(31)내에 배열될 수도 있다.

제 5 도의 증류장치의 작동원리는 다음과 같다.

증류하고자 하는 액체, 예컨대 해수는 예열교환기(33), (33a), (33b) 및 공기 배출기에서 비등점온도(예 50℃)로 가열된다. 액체는 주입장치(34)를 통과하여 증기응축기(32)의 증발부로 흐르며 진공펌프(37)에 의해 진공이 형성되기 때문에 비등하기 시작한다. 발생된 증기는 압축기(35)로 유입되며 그속에서 발생된 증기의 압력은 예를들면 20% 정도 증가되고 이와 동시에 증기가 포화되기 때문에 증기의 비등점은 압력증가에 따라 상당히 높아지게 된다.

압축기(35)를 지나 더 가열된 증기는 증기응축기(32)의 응축부로 운반되며 그곳에서 증기는 응축되어 증류수로 된다. 이와 동시에 방출된 응축열은 증발부를 순환하는 액체에 전달되며 새로운 액체를 증발시킨다. 이러한 과정이 지속되며 요구되는 유일한 외부 에너지는 압축기(35)의 구동모터(36)에 요구되는 에너지(전기에너지 )이다.

생성된 증류수와 증발되지 않은 액체는 본 장치의 배출관(44) 및 (46)을 통하여 펌프(38)(39)에 의해 본 장치의 외부로 배출된다.

Claims

하우징(1), 하우징 내에 증발부와 응축부로된 증기응축기(25), 증류하고자 하는 액체를 증기응축기(25)의 증발부안으로 주입하기 위한 장치, 증기응축기(25)내에 진공을 발생시키는 장치, 증발부에서 발생된 증기를 증기응축기(25)의 응축부로 보내기 위한 송풍기(2)로 구성되는 증류장치에 있어서, 상기 증기응축기(25, 32)는 증기응축기의 응축부를 이루는 한쌍의 막(13)내의 공간, 증기응축기의 증발부를 이루는 한쌍의 막(13)사이의 공간, 밀폐되어 쌍을 이룬 다수의 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 증류장치.
제 1 항에 있어서, 상기 한쌍의 막(13)은 플라스틱 필름 또는 그와 유사한 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 증류장치.
제 1 항에 있어서, 각각의 한쌍의 막(13)은 따로 분리할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 증류장치.
제 1 항에 있어서, 한쌍의 막(13)에 대한 지지대(14)는 증류하고자 하는 액체를 공급하기 위하여 바닥(bottom)을 이루며 액체 분배튜브(20)용 홈(24)을 이룬 것을 특징으로 하는 증류장치.
제 4 항에 있어서, 지지대(14)는 각각의 한쌍의 막(13)안에 위치하며, 지지대(14)의 면은 증기의 주입을 위해 개구부를 가지며, 한쌍의 막(13)은 클램프(16) 장치에 의해 증기 개구부의 모서리에 각각 고정되어지는 것을 특징으로 하는 증류장치.
제 1 항에 있어서, 한쌍의 막(13)이 증기응축기(25)의 윗부분에 설치된 지지대(17, 18)에 느슨하게 걸리며, 한쌍의 막(13)의 아랫부분이 경사지게 되어 있으며, 배출튜브(22)가 설치된 것을 특징으로 하는 증류장치.
제 1 항에 있어서, 한쌍의 막(13)은 점용접(23) 또는 유사한 용접에 의해 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 증류장치.
제 1 항에 있어서, 구동모터(36)를 포함하는 압축기(35)는 상기 하우징(31)안에 설치된 것을 특징으로 하는 증류장치.
제 8 항에 있어서, 밀봉장치(40)는 구동모터(36)의 베어링과 압축기(35)의 날개(35a) 사이에 고정되어 모터(36)의 베어링에 증기의 유입을 막는 것을 특징으로 하는 증류장치.
제 8 항에 있어서, 공간(42)은 하우징내에서 압축기(35)와 구동모터(36)에 대해 분리되어지며, 그 공간(42)으로부터 증기응축기(32)의 응축부의 압력 연결부와 증기응축기의 증발부의 유체 연결부로 되어 있는 것을 특징으로 하는 증류장치.