KR102612608B1 - 재결정 수처리 시스템 및 재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물 정화 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은 열 교환 디바이스로 구성된다. 상기 열 교환 디바이스는 직렬 연결되고 각각 하나의 챔버를 포함한다. 제1 열 교환기는 그것의 주입구에서 냉각 및 가열 요소의 주입구 및 배출구에 연결되고, 그것의 배출구에서 제2 열 교환기의 주입구에 연결되고, 그 배출구는 열 교환기 내에서 상수(上水)용 컨테이너와 소통하고 컴프레서의 주입구에 연결된다. 상부 열 교환 디바이스의 챔버는 그것의 주입구에서 원수(原水) 공급 수단에 연결되고 그것의 배출구에서 오염수 농축물을 배수하기 위한 수단에 연결되고 사전 정화수 배수용 수단에 연결된다. 하부 열 교환 디바이스의 챔버는 그것의 주입구에서 상기 상부 열 교환 디바이스의 챔버로부터 사전 정화수 배수용 수단에 연결되고, 그것의 배출구에서 오염수 농축물 배수용 수단에 연결되고 순수 배수용 수단에 연결된다. 그 결과 원수 결빙 및 얼음 해빙 기간이 단축된다.
Description
이 기술적 솔루션은 재결정 수처리 시스템, 및 주기적 물 결빙 및 얼음 용융용으로 그것들 내에 사용된 열-교환 디바이스에 관한 것으로, 특히, 2단계 및 다단계 재결정 레이아웃을 갖는 시스템에 관한 것이다. 이는 일상 생활, 음식 산업, 요식업 및 건강 관리에 있어서 해빙 음용수를 생산하는 데 사용된 기술-등급, 오염된, 식염수 및 해수를 정화하는 데 사용될 수 있다.
두 개의 열-교환 디바이스를 포함하는 재결정 수처리용 시스템(특허번호 ЕА024321, IPC-2006.01 C02F1/22, 공개일 30.09.2016)에 있어서, 각각의 열-교환 디바이스는 하나의 물 결빙용 및 얼음 용융용 챔버, 열-교환 디바이스의 챔버와 연결된 물 순환 루프, 물 결빙용 및 얼음 용융용 도구, 및 제어 및 모니터링 도구를 포함한다.
상기 물 순환 루프는 유압 펌프가 구비된 초기수 공급용 도구, 오염수 농축물 배수용 도구, 순수(pure water) 배수용 도구, 오염수 농축물용 탱크, 순수 탱크, 소비자에 대한 순수 공급용 도구, 및 미사용된 순수 배수용 도구를 포함한다.
상기 물 순환 루프는 열-교환 디바이스의 챔버와 연결되고, 각각의 챔버 내에서 일 회의 재결정 주기당 물을 정화할 수 있는 가능성을 제공한다. 열-교환 디바이스는 평평한 홈을 가진 챔버가 구비된 직육면체로 만들어진다. 물 결빙용 및 얼음 용융용 도구는 열-교환 디바이스의 외부 표면 상에 장착된 냉각 및 가열 열 요소(thermal elements)로 만들어진다. 상기 제어 및 모니터링 도구는 마이크로프로세서가 구비된 제어 패널 및 그것과 연결된 제어 보드, 제어 밸브 및 수위 센서를 포함한다. 상기 제어 및 모니터링 도구는 열-교환 디바이스의 챔버 내에서 물을 결빙함과 동시에 얼음을 용융할 가능성을 제공한다. 이 시스템은 일상 생활, 음식 산업 및 건강 관리에 사용되도록 의도된다.
하기 이슈로 인해 요구되는 기술적 결과를 달성할 수 없다:
- 열-교환 디바이스의 챔버 내에 물이 결빙되고 얼음이 용융하는 동안 방출된 열 에너지의 비생산적 손실에 의해 야기된 수처리에 대한 상대적으로 높은 비용;
- 수처리의 상대적으로 긴 프로세스 및, 이와 대응되게, 열-교환 디바이스를 적용함에 따라 야기된 저 생산성으로서, 초기수 결빙 동안, 형성된 얼음 품질을 동시에 개선시키는 얼음 형성 기간을 단축시키는 대류 프로세스가 거의 없음;
- 중수(D2O) 및 미세 현탁액 및 오염물질이 제거되지 않는 경우, 각각의 챔버 내에서 일 회의 재결정 주기 당 그것의 생산에 의해 야기된 처리수의 상대적으로 열악한 수질.
상술한 모든 이슈는 시스템 기능을 제한한다.
두 개의 열-교환 디바이스를 포함하는 재결정 수처리용 시스템(출원번호 WO2015111405, IPC-2006.01 C02F1/22, B01D9/04, F25B1/00, F25B40/04, 공개일 30.07.2015)에 있어서, 각각의 열-교환 디바이스는 물 결빙용 및 얼음 용융용 챔버, 냉각 및 가열 컴포넌트를 포함하고; 물 순환 루프로서, 하나의 챔버로부터 사전-처리수를 배수하고 최종 처리를 위해 그것을 다른 하나의 챔버에게 공급할 가능성을 제공하는 열-교환 디바이스의 챔버와 연결되고; 냉매 순환 루프로서, 열-교환 디바이스의 챔버 내의 물 결빙 및 얼음 용융을 교대로 수행하고, 상기 물 결빙 챔버 내에서 생성된 냉매 열을 상기 얼음 용융 챔버로 전달할 가능성을 제공하는 냉각 및 가열 컴포넌트와 연결되고; 제어 및 모니터링 도구로서, 물 결빙 및 얼음 용융의 단계를 교대로 수행하여 물 및 냉매 흐름의 역류 가능성을 제공하는 상기 루프와 연결된다. 물 순환 루프는 초기수 공급용 도구, 오염수 농축물 배수용 도구, 순수 배수용 도구, 오염수 농축물용 탱크, 순수 탱크, 및 상기 탱크 내의 순수를 공급하는 펌프를 포함한다.
상기 냉매 순환 루프는 컴프레서, 열-교환기 챔버로부터 그것의 배수가 완료된 후 오염수 농축물용 탱크와 열을 교환하는 적어도 하나의 수랭식 콘덴서, 적어도 두 개의 열-교환 복열기(recuperator), 냉매 필터 및 냉각 및 가열 컴포넌트의 주입구 및 배출구에 연결된 확장 밸브를 포함한다.
상기 제어 및 모니터링 도구는 제어기, 및 그것에 연결되어 상기 루프 내에서 물 및 냉매 흐름을 역류시키는 제어 밸브를 포함한다.
하기 이슈로 인해 요구되는 기술적 결과를 달성할 수 없다:
- 강제 물 순환, 루프 내의 압력 제어 및 챔버에 대한 병렬 공급 및 그것으로부터의 배출을 위한 도구의 필요가 야기하는 두 개 챔버를 구비한 열-교환 디바이스의 적용으로 인한 물 순환 루프의 복잡한 설계;
- 중수가 제거되므로 상대적으로 처리수의 품질이 상대적으로 열악함.
상기-리스트된 이슈는 시스템 기능을 제한하고 상대적으로 열악한 수처리 품질에서 그것의 동작 비용을 증가시킨다.
하우징, 냉각 및 가열 컴포넌트, 절연 외피, 배수 도구 및 물 교반기(water agitator)를 포함하는 재결정 수처리 시스템에서의 사용을 위한 열-교환 디바이스(특허번호. EA 017783, IPC(2006.01) C02F 1/22, 공개일 29.03.2013)가 제공된다. 냉각 및 가열 컴포넌트는 상기 하우징의 외부 표면 상에 고정되고; 여기에서, 상기 냉각 요소는 증발기(evaporator)로 만들어지고, 상기 가열 요소는 전기 가열기로 만들어진다. 상기 배수 도구는 상기 하우징의 바닥에 위치한 노즐로 만들어진다. 상기 물 교반기는 상기 바닥 중앙에 장착된 워터 펌프(또는 기계적 교반 블레이드)로 만들어진다.
상기 열-교환 디바이스는 오염수를 결빙시키고 상기 하우징의 내부 표면 상에 순수 근접-벽 얼음을 형성하는 모드 및 컬렉션 탱크에 형성된 순수를 배수하여 근접-벽 얼음을 용융하는 모드를 교대로 동작한다. 동시에, 높은 염분 함량을 가진 오염수는 배수 노즐을 거쳐 물이 결빙되고 배출되는 동안 상기 하우징 바닥에 누적된다.
하우징 벽 상에 얇은 얼음층이 형성된 이후 상기 물 교반기는 더 강력한 수냉 및 아이싱(icing) 가속을 위한 결빙 모드 동안 사용된다. 오염수 교반은 또한 하우징 내의 열 교환 강도 및 계면 경계로부터의 용해된 불순물의 배출을 증가시킬 뿐 아니라, 기포 및 얼음 표면으로부터의 흡수된 불순물을 제거를 촉진시킨다.
재결정 모드는 대응되는 센서에 의해 제어된 자동 제어 유닛에 의한 수처리 시스템의 열-교환 디바이스 내에서 동작한다.
열-교환 디바이스는 일상 생활, 음식 산업 및 건강 관리에 응용되도록 의도된 수처리 시스템 내에 통합된다.
열-교환 디바이스의 하우징 내에 부어진 오염수의 부피는 1.5L 내지 2.0L이고, 처리된 해빙수(thaw water)의 부피는 1.0L 내지 1.3L이다. 완전 처리 주기는 상기 물 부피에 대해 4.5 시간 내지 5.5 시간이고, 이는 상기 물 결빙 단계에 대한 2.0시간 내지 2.5시간 및 상기 얼음 용융 단계에 대한 2.5시간 내지 3.0시간을 포함한다.
공지의 기술적 솔루션에서 요구되는 기술적 결과는 긴 수처리 프로세스, 및 이와 대응되도록, 열-교환 디바이스의 저 생산성에 의해 달성되지 않는데, 이는 상기 하우징 내의 비주요 캐비티 기하학적 구조(geometry)로 인한 것으로, 그것의 벽으로부터 더 큰 부피의 오염수에 대한 에너지 전달은 얼음층 두께의 증가에 비례하여 감속된다.
또한 외부 및 내부 하우징, 냉각 및 가열 요소 및 배수 노즐을 포함하는 재결정 수처리 시스템 내에 적용되는 열-교환 디바이스(특허 번호. EA 025716, IPC(2006.01) C02F 1/22, C02F 9/02, C02F 103/04, 공개일 30.01.2017)가 제공된다.
상기 하우징은 원뿔 각도가 상부로 향하는 절단된 원뿔형으로 만들어지고; 그것은 서로 상대적으로 동축으로 위치하고 그것의 벽 사이에 홈을 가진 캐비티를 형성한다. 외부 하우징은 커버에 의해 긴밀히 밀폐될 수 있다. 내부 하우징은 폐쇄 엔드 페이스로 만들어지고 그것의 하부 엔드 페이스 및 외부 하우징의 바닥 사이의 갭을 형성하는 커버 상에 고정된다.
상기 바닥은 벽에서 중앙으로 감소하는 돔형(dome-shaped)이고, 여기에 배수 노즐이 위치한다. 냉각 및 가열 컴포넌트는 상기 외부 하우징의 외부 표면 상에 고정되고 절연체로 커버된다.
이 열-교환 디바이스는 또한 외부 하우징의 내부 표면 상에 순수 근접-벽 얼음을 형성하는 오염수 결빙 모드 및 상기 배수 노즐을 통해 상기 형성된 처리수(treated water)를 배출하는 근접-벽 얼음 용융 모드를 교대로 동작시킨다.
이 열-교환 디바이스는 상기 외부 및 내부 하우징의 벽 사이의 홈을 가진 캐비티 내의 수층(water layer)의 기초를 특징으로 한다. 상기 외부 하우징 벽은 냉각 컴포넌트에 의한 결빙 모드에서 냉각된다.
그것의 온도가 -3 내지 -4˚C까지 감소하는 경우, 홈이 있는 캐비티 내의 물은 급격히 냉각(3 내지 5분 이내)되고, 동시에 상기 내부 하우징 벽을 향하여 결정 전단(front)을 형성한다.
동시에, 물은 대류 흐름의 상당한 감소로 인해 홈이 있는 캐비티 내의 벌크 내로 혼합되지 않는다.
노즐을 통해 액체 불순물 농축물을 배출한 이후, 냉각 컴포넌트는 중단(switched off)되고, 가열 요소가 작동(switched on)되어, 상기 노즐을 통해 컬렉션 탱크에 대한 순수 해빙수(thaw water)의 후속 배출과 함께 외부 하우징 벽 상의 환형 얼음층의 해빙을 보장한다.
원뿔 각도가 상부로 향하는 절단된 원뿔형으로 만들어진 외부 하우징은 열 전달 프로세스의 효율을 증가시키고 상기 해빙 단계 동안 상기 얼음층과 상기 외부 하우징의 견고한 접촉을 제공하므로, 디바이스 생산성 및 처리수 품질이 증대된다.
물 결빙용 외부 및 내부 하우징의 벽 사이에 홈이 있는 캐비티를 이용하는 것은, 면적을 좁게 하고, 여기에서 오염수의 환형 결정 전단이 형성되는, 결빙 모드 기간을 감소시킨다. 열-교환 디바이스 내의 오염수의 처리의 완전 주기는 4.0 시간 이상 지속되지 않고; 동시에, 처리수의 부피는 오염수 부피의 적어도 66% 내지 80%이고, 무기 불순물의 함량은 적어도 2.5배 감소한다.
상기 -교환 디바이스의 상술한 설계 특징은 처리된 해빙수 출력의 대략 동일한 퍼센트에서 특허 번호 ЕА017783에 따른 다비이스 대비 평균 25%의 생산성을 증가시켰다.
열-교환 디바이스는, 예를 들어, 결빙 및 해빙 파라미터 제어용 센서와 연결된 자동 제어 유닛을 포함하는 수처리 시스템에 사용된다. 이러한 시스템은 일상 생활, 음식 산업 및 건강 관리에 사용되도록 의도된다.
특허 번호 EA017783에 기술된 기술적 솔루션 뿐 아니라 공지의 기술적 솔루션에서 요구되는 기술적 결과는 상대적으로 긴 수처리 프로세스 및, 이와 대응되도록, 결빙 단계 동안 홈이 있는 캐비티 내의 오염수 내의 대류 프로세스의 거의 완전한 부재로 인한 낮은 성능으로 인해 달성되지 않는다.
동시에, 해빙 모드 기간은 특허 번호 ЕА017783에 설명된 디바이스 대비 미미하게 변화한다. 또한, 오염수 내의 대류 프로세스의 부재는 외부 하우징 벽 상에 형성된 얼음의 품질 및, 이와 대응되게, 상기 처리된 해빙수의 품질을 크게 감소시킨다. 상술한 기술 솔루션의 부족은 그것의 수처리 시스템에서의 적용 범위를 크게 제한한다.
청구된 기술적 솔루션이 의도한 것을 해결하기 위한 과제는, 열-교환 디바이스 및 그것과 연결된 물 및 냉매 순환 루프, 제어 및 모니터링 도구의 다른 디자인에 의한 재결정 수처리 시스템을 개선하는 것으로, 이는 시스템 기능의 확장 및 상대적으로 적은 운영 비용에서의 생산성 강화를 보장한다.
재결정 수처리 시스템 내에서 할당된 과제의 구현으로 인해 달성된 기술적 결과는 시스템 내의 열-교환 디바이스의 다른 레이아웃, 그것 내의 물 결빙용 및 얼음 용융용 챔버의 다른 설계, 및 제어 및 모니터링 도구 뿐 아니라 물 및 냉매 순환 루프와의 다른 연결로 인한 초기수 결빙 및 얼음 용융의 단계를 단축시킨다.
상기 기술적 결과는 물 순환 루프의 단순화, 수질의 개선 및 수처리를 위한 운영 비용의 감소를 동시에 수행함으로써 달성된다. 일반적으로, 상기 청구된 기술적 결과는 시스템 기능의 확장을 허용한다.
물 결빙 및 얼음 용융을 위한 챔버, 냉각 및 가열 컴포넌트, 열-교환 디바이스의 챔버와 연결되어 하나의 챔버로부터 사전-처리수(pre-treated water)를 배수하고, 최종 처리를 위해 그것을 다른 하나의 챔버에게 공급할 수 있는 물 순환 루프; 냉각 및 가열 컴포넌트와 연결되어 열-교환 디바이스의 챔버 내에서 물 결빙 및 얼음 용융 단계를 교대로 수행할 수 있고, 물 결빙 동안 상기 챔버 내에서 형성된 냉매의 열을 상기 얼음 용융 챔버에게 전달할 수 있는 냉매 순환 루프; 상기 물 및 냉매 순환 루프와 연결되고, 물 결빙 및 얼음 용융 단계를 교대로 수행하는 동안 물 및 냉매 흐름을 보존할 수 있는 제어 및 모니터링 도구를 포함하는 적어도 두 개의 열 교환 디바이스를 포함하고, 여기에서 상기 물 순환 루프는 초기수(initial water) 공급용 도구, 오염수(polluted water) 농축물 배수용 도구, 사전-처리수 배수용 도구, 처리수(treated water) 배수용 도구, 순수(pure water) 탱크, 및 오염수 농축물용 탱크를 포함하고; 상기 냉매 순환 루프는 컴프레서, 그것이 열-교환 디바이스의 챔버로부터 배수된 후 오염수 농축물용 탱크와 열을 교환하는 수랭식(water-cooled) 콘덴서, 및 두 개의 열 교환기를 포함하고; 상기 기술적 솔루션에 따라, 열-교환 디바이스는 서로 직렬 연결되고, 각각의 디바이스는 상호 소통된(intercommunicated) 냉각 및 재순환 캐비티가 되도록 분할되고; 물 결빙 동안 상기 냉각 캐비티 내에서 등전위 면(equipotential surfaces)을 형성하는 상기 캐비티 사이에서 물을 순환시킬 가능성이 있는 하나의 챔버를 포함하고; 상기 냉매 순환 루프는 추가 공랭식(air-cooled) 콘덴서, 각각 컴프레서 배출구(outlet) 및 수랭식 콘덴서의 주입구(inlet)와 연결되는 주입구 및 배출구를 포함하고; 여기에서 제1 열 교환기의 주입구는 냉각 및 가열 컴포넌트의 주입구 및 배출구와 연결되고, 그 배출구는 제2 열 교환기의 주입구와 연결되고, 상기 배출구는 순수 탱크와 열을 교환하고 상기 컴프레서 주입구와 연결되고; 상부 열-교환 디바이스의 챔버는 상기 초기수 공급용 도구와 함께 상기 주입구 및 상기 배출구에 연결되고, 그것은 오염수 농축물 배수용 도구 및 사전-처리수 배수용 도구와 연결되고; 하부 열-교환 디바이스의 챔버는 상기 상부 열-교환 디바이스의 챔버로부터의 사전-처리수 배수용 도구와 함께 상기 주입구 및 상기 배출구에 연결되고, 그것은 오염수 농축물 배수용 도구 및 순수 배수용 도구와 연결되는, 재결정 수처리 시스템에 의해, 상기 할당된 과제가 해결되고, 상기 기술적 결과가 달성된다.
재결정 수처리용 시스템에 있어서, 상기 제어 및 모니터링 도구는 상부 열-교환 디바이스의 챔버 내의 초기수를 중수(heavy water) 및 경수(light water)가 되도록 분리할 수 있고, 중수는 오염수 농축물 배수용 도구를 거쳐 제거되고 경수는 사전-처리수 배수용 도구를 거쳐 하부 열-교환 디바이스의 챔버 내에 공급된다.
상기 재결정 수처리 시스템 내의 제어 및 모니터링 도구는 상기 물 및 냉매 순환 루프에 연결되고 상기 제어기에 연결된 제어기 및 제어 밸브, 냉각 및 가열 컴포넌트의 주입구 및 배출구 및 상기 순수 탱크 내에 설치된 온도 센서, 및 상기 순수 탱크 내에 설치된 수위 센서를 포함하고; 여기에서 제어 밸브는 물 및 냉매 솔레노이드 밸브일 수 있다.
상기 재결정 수처리 시스템은 그것은 그것이 하부 열-교환 디바이스의 챔버로부터 공급되는 경우 열을 상부 열-교환 디바이스의 챔버 내로 공급된 초기수 및 오염수 농축물 및 순수와 교환하는 열-교환 어큐뮬레이터(accumulator)를 포함하고, 수랭식 콘덴서는 그것이 상기 열-교환 어큐뮬레이터로부터 공급되는 경우 열을 순수(pure water)와 추가적으로 교환할 수 있다.
상기 재결정 수처리 시스템 내의 초기수 공급용 도구는 업스트림의 상기 상부 열-교환 디바이스의 챔버에서, 축열기(thermal accumulator) 내에 위치한 열-교환 컴포넌트, 및 조대 필터(coarse filter)를 포함하고; 상기 오염수 농축물 배수용 도구는 상기 상부 열-교환 디바이스의 다운스트림 챔버에서, 오염수 농축물용 탱크, 상기 탱크는 상기 수랭식 콘덴서와 열을 교환하고, 및 배수 노즐을 포함하고; 오염수 농축물 배수용 도구 및 순수 배수용 도구는 하부 열-교환 디바이스의 챔버로부터 공통 배출구를 가지고 상기 열-교환 어큐뮬레이터 내의 공통 열-교환 컴포넌트 다운스트림 챔버를 가진다. 그 다음, 오염수 농축물의 경로를 따라, 그것은 오염수 농축물용 탱크 및 배수 노즐을 포함하고; 순수 경로를 따라, 그것은 상기 수랭식 콘덴서 내에 위치한 제2 열-교환 컴포넌트, 파인 필터 및 살균등을 포함하고; 상기 순수 탱크는 소비자에 대한 물 공급을 제어하는 차단 밸브를 포함한다.
청구된 기술적 솔루션이 해결하고자 하는 과제는, 재결정 수처리 시스템용 제1 및 제2 실시예에 관하여, 외부 및 내부 하우징 사이의 환형 캐비티가 냉각 및 재순환 존이 되도록 분리됨으로 인해 열 교환 디바이스의 설계를 개선하는 것으로, 도구의 구현은 물이 결빙되는 동안 환형 캐비티 내의 대류 프로세스를 강화하고 냉각 및 가열 컴포넌트의 다른 위치는 열 교환 디바이스의 생산성을 향상시킨다.
열-교환 디바이스의 제1 및 제2 실시예와 관련하여 할당된 과제를 수행한 후 달성한 기술적 결과는 수처리 품질의 동시 향상과 함께 오염된 물의 결빙 및 얼음 용융 단계를 단축하는 것으로 나타난다.
재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스의 제1 실시예로 인해 상기 할당된 과제가 해결되고, 상기 기술적 결과가 달성되는데, 이는 외부 및 내부 실린더 하우징, 냉각 및 가열 컴포넌트를 포함하고, 상기 하우징은 그것의 벽 사이에 환형 캐비티를 형성하는 서로에 대해 동축으로(coaxially) 설치되고; 여기에서, 상기 내부 하우징은 폐쇄 엔드 페이스로 만들어지고 상기 외부 하우징은 커버와 긴밀하게 폐쇄되고 배수 노즐이 구비될 수 있다. 청구된 기술적 솔루션에 따르면, 상기 열-교환 디바이스는 배플(baffle) 위 아래에서 서로 상호 소통하는 냉각 및 재순환 캐비티를 형성하는 상기 외부 및 내부 하우징 사이에 위치한 실린더 배플이 구비되어 있고, 냉각 캐비티 내의 상기 외부 하우징 바닥에 설치된 에어 매니폴드(manifold), 및 상기 내부 하우징의 꼭대기에 위치한 가열 컴포넌트; 여기에서, 상기 내부 하우징 높이는 상기 외부 하우징 높이와 대응되고; 상기 외부 하우징은 추가 실린더 내부 벽으로 만들어지고, 냉각 및 가열 컴포넌트는 상기 벽과 상기 외부 하우징 벽 사이에 위치한다.
상기 재결정 수처리 시스템 내에서 사용된 열-교환 디바이스의 제1 실시예에 따르면 상기 외부 하우징 높이 대 그 직경의 비율은 1.5 내지 1.7이다.
상기 재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스의 제1 실시예에 있어서 상기 실린더 하우징의 추가 내부 벽의 높이는 상기 외부 하우징 높이와 대응된다.
재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스의 제2 실시예에 의해 상기 할당된 과제가 해결되고, 상기 기술적 결과가 달성되는데, 이는 원뿔(cone) 각도가 상부로 향하는 절단된 원뿔형(cone-shaped) 외부 하우징, 그것의 길이방향 축을 따라 상기 외부 하우징 내에 위치하고, 그 벽 사이에 캐비티를 형성하고 폐쇄 엔드 페이스를 가지는 내부 하우징, 상기 외부 하우징에 위치한 냉각 및 가열 컴포넌트, 상기 외부 하우징을 잠금하는 배수 노즐 및 커버를 포함한다. 청구된 기술적 솔루션에 따르면, 상기 열-교환 디바이스는 실린더 배플이 구비된다. 상기 배플은 내부 및 외부 하우징의 벽 사이의 캐비티 내에 설치되고 상기 배플 위 아래에서 서로 상호 소통하는 냉각 및 재순환 캐비티를 형성하고, 에어 공급 매니폴드 및 가열 컴포넌트, 여기에서, 상기 내부 하우징은 실린더이고, 상기 배플은 상기 외부 및 내부 하우징과 동축으로 위치하고, 상기 에어 공급 매니폴드는 상기 냉각 캐비티 내에서 상기 외부 하우징 바닥에 설치되고 상기 가열 컴포넌트는 상기 내부 하우징의 꼭대기에 설치되고, 상기 내부 하우징의 높이는 상기 외부 하우징의 높이에 대응된다.
재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스의 제2 실시예에 있어서, 상기 외부 하우징은 추가 내부 벽을 포함하고, 형태 및 높이는 상기 외부 하우징과 대응되고, 냉각 및 가열 컴포넌트는 상기 벽 사이에 위치한다.
재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스의 제1 및 제2 실시예 모두에 있어서, 상기 배플의 높이는 상기 외부 하우징 높이의 0.8 내지 0.9이다.
재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스의 제1 및 제2 실시예 모두에 있어서, 상기 배플 및 상기 하우징의 내부 벽은 전류 공급원에 연결될 수 있다.
기술적 솔루션은 아래에서 도면에 의해 설명되는데, 여기에서:
도 1은 재결정 수처리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 외부 실린더 하우징을 갖는 제1 실시예에 따른 열-교환 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 3은 원뿔 각도가 상부를 향하는 잘린 원뿔형 외부 하우징을 갖는 제2 실시예에 따른 열-교환 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 1은 재결정 수처리 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2는 외부 실린더 하우징을 갖는 제1 실시예에 따른 열-교환 디바이스의 개략도를 도시한다.
도 3은 원뿔 각도가 상부를 향하는 잘린 원뿔형 외부 하우징을 갖는 제2 실시예에 따른 열-교환 디바이스의 개략도를 도시한다.
재결정 수처리 시스템은 (도 1) 서로 상대적으로 직렬 연결된 상부 및 하부 열-교환 디바이스(1 및 2), 물 순환 루프(3)(굵은 실선으로 도시됨), 냉매 순환 루프(4)(가는 실선으로 도시됨), 및 제어 및 모니터링 도구(5)(점선으로 도시됨)를 포함한다.
열-교환 디바이스(1 및 2)(단순화된 형태로 도시됨)는 냉각 및 가열 컴포넌트(8 및 9) 뿐만 아니라, 이에 상응하게, 물 결빙 및 얼음 용융을 교대로 수행하기 위한 챔버(6 및 7)를 포함한다.
물 순환 루프(3)는 챔버에 대한 초기수 공급용 도구(6), 챔버(6 및 7)로부터의 오염수 농축물 배수용 도구, 챔버(6)로부터 챔버(7)로의 사전-처리수 배수용 도구, 챔버(6 및 7)로부터의 오염수 농축물 배수용 도구, 챔버(7) 및 순수 탱크(10)로부터의 순수 배수용 도구를 포함한다. 상기 도구는 그것 내에 장착된 인스트루먼트를 구비한 파이프 섹션(특정되지 않음)으로 만들어진다.
챔버(6)에 대한 초기수 공급용 도구는 살균등(11) 및 조대 필터(12)를 포함한다. 챔버(6 및 7)로부터의 오염수 농출물 배수용 도구는 오염수 농축물용 탱크(13), 이는 상기 냉매 순환 루프(4)와 열을 교환함, 및 배수 노즐(14)을 포함한다.
챔버(6)로부터 챔버(7)로의 사전-처리수용 배수 도구는 챔버(6)으로부터의 오염수 농축물 배수용 도구의 가지(branch)로 만들어진다.
챔버(7)로부터의 순수 배수용 도구는 코일 또는 리브드 튜브(ribbed tube)로 만들어지는 열-교환 컴포넌트(15), 이는 오염수 농축물용 탱크(13)에 설치됨, 및 파인 필터(16)를 포함한다. 탱크(10)은 소비자에 대해 순수 공급을 제어하는 차단 밸브(17)를 구비한다.
냉매 순환 루프(4)는 챔버(6 및 7)와 열을 교환하는 냉각 및 가열 컴포넌트(8 및 9), 이와 대응되도록, 컴프레서(18), 그것의 배출구는 공랭식 콘덴서(19) 및 수랭식 콘덴서(20)와 순차적으로 연결됨, 및 열 교환기(21 및 22)를 포함한다.
열 교환기(21)는 주입구에서 냉각 및 가열 컴포넌트(8 및 9)의 주입구 및 배출구(도시되지 않음)와 연결되고, 배출구에서 열 교환기(22)의 주입구와 연결되고, 순수 탱크(10)와 열을 교환한다. 열 교환기(22)의 출력은, 차례로, 컴프레서(18)와 연결된다. 또한, 조절 모세관(throttling capillary tube)(23)은 냉각 및 가열 컴포넌트(9)의 주입구에 설치된다.
수랭식 콘덴서(20)는 오염수 농축물용 탱크(13) 및 열-교환 컴포넌트(15)와 열을 교환한다. 냉매 순환 루프(4)는 냉각 및 가열 컴포넌트(8 및 9)와 연결되어 챔버(6 및 7) 내의 물 결빙 및 얼음 용융을 교대로 수행하고 물 결빙 동안 상기 챔버 내에 생성된 냉매 열을 얼음 용융 챔버로 전달할 가능성을 가진다.
제어 및 모니터링 도구(5)는 제어 패널(도시되지 않음)을 구비한 제어기(24) 및 그것과 연결되고 냉각 및 가열 컴포넌트(8 및 9)의 주입구 및 배출구에 설치된 온도 센서(25 및 26), 이와 대응되도록, 및 내부 탱크(10)를 포함하고, 수위 센서(27)는 상기 탱크(10) 내부에 설치되고, 솔레노이드 밸브는 상기 물 순환 루프(3) 및 냉매 순환 루프(4) 내에 장착된다.
하기 컴포넌트는 물 순환 루프(3) 내에 설치됨: 초기수를 열-교환 챔버(6)에게 공급하는 것을 제어하는 밸브(28), 챔버(6)로부터 오염수 농축물 및 사전-처리수의 배수를 분리하는 밸브(29 및 30), 챔버(7)로부터 오염수 농축물 및 순수의 배수를 분리하는 밸브(31 및 32).
하기 컴포넌트는 냉매 순환 루프(4) 내에 설치됨: 물 결빙 및 얼음 용융을 교대로 수행하는 모드 동안 냉각 및 가열 컴포넌트(8 및 9) 내의 냉매 흐름을 역류시키는 밸브(33 내지 37); 상기 시스템 동작 알고리즘에 따라 상기 냉매 온도를 조정(증가 또는 감소)하는 온도 제어 밸브(38), 및 컴프레서(18)의 주입구 및 배출구의 냉매 압력을 제어하는 밸브(39 및 40).
상기 시스템은 또한 물 순환 루프(3) 내에 열-교환 어큐뮬레이터(41)를 더 포함하여 이루어진다. 상기 열-교환 어큐뮬레이터(41)는, 상부 열-교환 디바이스(1)의 챔버(6)로 공급되는 초기수와 열을 교환하고, 하부 열-교환 디바이스(2)의 챔버(7)에서 공급되는 오염수 농축물 및 순수와 열을 교환한다.
열-교환 어큐뮬레이터(41)는 비-결빙(non-freezing) 열-전도 물질로 채워진 폐쇄 절연 탱크로 만들어지고, 내부에는 열-교환 컴포넌트(42), 예를 들어 코일이 설치되어, 초기수를 챔버(6) 내로 공급하고 챔버(7)로부터 오염수 농축물 및 순수를 교대로 배출한다.
동시에, 수랭식 콘덴서(20)는 열-교환 어큐물레이터(41)에서 공급되는 순수와 추가적으로 열을 교환한다.
초기수의 사전-냉각을 위한 열-교환 어큐뮬레이터(41)의 사용은 상기 시스템 전력 소모를 최대 5%까지 감소시킨다.
상기 시스템은 제어기(24)에 의해 제어 패널을 거쳐 자동으로 제어된다. 설정 알고리즘에 따르면, 상기 제어기(24)는 하기 시스템 기능을 제공한다:
- 물 결빙 및 얼음 용융의 모드를 교대 수행하는 동안 물 및 냉매 흐름을 역류시킴;
- 상부 및 하부 열-교환 디바이스 내의 챔버의 배출구에서 오염수 농축물, 사전-처리수 및 순수의 흐름을 분리함;
- 물 결빙 동안 챔버 내에서 생성된 냉매 열을 얼음 용융 챔버에게 전달함;
- 상부 열-교환 디바이스의 챔버 내의 중수를 제거하고, 하부 열-교환 디바이스의 챔버 내의 불순물 및 용해된 염으로부터 중수를 처리하고 경수를 정화하여 수처리함;
- 그것의 저장 및 사용 동안 상기 탱크 내의 순수를 냉각시킴;
- 정화된 물로부터 투명한 소비자 얼음을 생산함;
- 액체 음식, 와인 및 주스의 농축물을 증가시킴.
청구된 재결정 수처리 시스템의 기술적 파라미터는, 생산성, 전력 소모, 크기(dimensions) 및 기능을 포함하고, 주로 열-교환 디바이스(1 및 2)의 설계에 의존하고, 여기서 재결정 프로세스는 수처리 동안 발생한다.
재결정 수처리 시스템의 가장 효율적인 적용은 실린더 외부 하우징(도 2)을 특징으로 하는 그 설계의 제1 실시예에 따른 열-교환 디바이스, 및 제2 실시예(도 3)에 의한 원뿔 각도가 상부로 향하는 절단된 원뿔형 할로우(hollow) 외부 하우징에 의해 보장된다.
상기 제1 실시예에 따른 상기 열-교환 디바이스는 외부 실린더 하우징을 구비한다(도 2, 디바이스의 크로스 섹션).
상기 제1 실시예에 따른 상기 열-교환 디바이스는 외부 실린더 하우징(43) 및 내부 실린더 하우징(44), 실린더 배플(45), 냉각 및 가열 컴포넌트(8), 가열 컴포넌트(46), 에피 에어 공급 매니폴드(47), 커버(48) 및 에피 외부 하우징(43)의 외부 표면 상에 위치한 절연 코팅(49)을 포함한다.
외부 하우징(43)의 높이와 그 직경의 비율은 1.5 내지 1.7로, 이는 최적 동작 파라미터를 보장한다. 외부 하우징(43)은 외부 실린더 벽(50)을 포함하고, 그 높이는 외부 하우징(43)의 높이에 대응된다. 외부 하우징(43) 및 내부 벽(50) 사이의 캐비티(51)는 비-결빙(non-freezing) 열-전도 물질로 채워지고, 여기에는 냉각 및 가열 컴포넌트(8)가 위치하고, 냉매 순환 루프와의 연결을 위한 노즐(52)이 구비된 코일형 냉매 증발기-콘덴서로 만들어진다.
열-반사 코팅(도시되지 않음)은 외부 하우징(43) 업스트림의 냉각 및 가열 요소(8)의 내부 표면 상에 고정된다.
열-교환 디바이스의 동작 모드에 따라, 냉매 보일링 (결빙 모드) 또는 냉매 응축(해빙 모드)은 냉각 및 가열 요소(8)에서 순환한다.
내부 하우징(44)은 외부 하우징(43)과 동축으로 위치하고 폐쇄 엔드 표면으로 만들어진다. 상기 외부 하우징(43) 내부의 내부 하우징(44)의 위치는 그것의 인접 벽 사이에 링형 챔버(53)를 생성시키므로, 결빙 단계 기간을 상당히 감소시킨다. 동시에, 상기 내부 하우징(44)은 챔버(55) 내의 초기수의 부피를 감소시키는 디스플레이서(displacer)이고, 이는 또한 결빙 단계 기간도 감소시킨다. 내부 하우징(44)의 높이는 외부 하우징(43)의 높이에 대응된다.
배플(45)은 외부 및 내부 하우징(43 및 44) 사이에서 챔버(53) 내에 설치되고, 이와 대응되도록, 냉각 및 재순환 캐비티(54 및 55)를 형성하고, 이와 대응되도록, 배플(45) 위 아래에서 서로 상호 소통한다.
배플(45)의 높이는 상기 외부 하우징(43) 높이의 0.8 내지 0.9이고, 이는 결빙 모드에서 자유수(free water) 순환의 가능성을 보장한다.
배플(45)의 사용은 단계 기간을 추가적으로 감소시키는 상당히 좁은 냉각 캐비티(54)에서 물 결빙 동안 물 결정 전단을 제한할 수 있다.
가열 컴포넌트(46)는 내부 하우징(44)의 꼭대기에 위치하고; 그것은 전기 가열기 또는 모세관을 구비한 냉매 관형 응축기로 만들어져 냉매 뜨거운 증기를 배출한다(도시되지 않음).
에어 공급용 매니폴드(47)는 냉각 캐비티(54) 내의 외부 하우징(43)의 바닥에 장착된다. 커버(48)는 챔버(53)에 긴밀히 근접할 수 있다. 물 공급을 위한 노즐(56) 및 에어 밸브(57)는 커버(48) 상의 재순환 캐비티(55) 위에 설치된다. 오염수 농축물 및 처리수 배수용 노즐(58)은 상기 캐비티(55) 내의 외부 하우징(43)의 바닥 내에 위치한다.
외부 하우징(43) 및 내부 하우징(44), 배플(45) 및 내부 벽(50)은 열-전도 물질로 만들어진다. 동시에, 배플(45) 및 내부 벽(50)은 등전위 면이고: 배플(45) - 부호 "플러스" 또는 "마이너스" 및 벽(50) - 부호 "마이너스" 또는 "플러스", 이와 대응되도록, 재결정 모드에 종속된다.
제2 실시예에 따른 열-교환 디바이스는 원뿔 각도가 상부로 향하는 절단된 원뿔형 외부 하우징을 특징으로 한다(도 3, 디바이스의 크로스 섹션).
제2 실시예에 따른 열-교환 디바이스는 외부 하우징(59) 및 내부 하우징(44), 배플(45), 냉각 및 가열 컴포넌트(9), 가열 컴포넌트(46), 에어 공급용 매니폴드(47), 커버(60) 및 상기 외부 하우징(59)의 외부 표면 상에 위치한 절연 코팅(6)을 포함한다.
내부 하우징(59)은 원뿔 각도가 위쪽을 향하는 원뿔대 모양으로 만들어지고, 동일한 모양의 내부 벽(62)을 포함하며, 그 높이는 외부 하우징(59)의 높이에 대응된다.
외부 하우징(59) 및 내부 벽(62) 사이의 캐비티(63)는 비-결빙 열-전도 물질로 채워지고, 여기에 냉각 및 가열 컴포넌트(9)가 위치하고; 그것은 냉매 순환 루프와의 연결을 위한 노즐(64)을 구비한 코일형 냉매 증발기-콘덴서로 만들어진다. 열-반사 코팅(도시되지 않음)은 외부 하우징의 업스트림의 냉각 및 가열 요소(9)의 내부 표면 상에 위치한다.
내부 하우징(44)은 폐쇄 엔드 페이스가 구비된 실린더형이고, 외부 하우징(59)과 동축으로 위치한다. 상기 내부 하우징(44)의 높이는 상기 외부 하우징(59) 중의 하나와 대응된다.
배플(45)은 실린더형이고 상기 외부 및 내부 하우징(59 및 44) 사이에 설치되고; 그것은 챔버(65)에 상응하여 냉각 캐비티(66) 및 재순환 캐비티(67)를 형성한다. 이러한 캐비티는 배플(45) 위 아래에서 서로 상호 소통한다.
배플(45)은 상기 하우징과 동축으로 위치하고; 그것의 높이(열-교환 디바이스의 제1 실시예로서, 참조)는 외부 하우징(59)의 높이의 0.8 내지 0.9이고, 이는 결빙 모드 동안 물의 자유 순환의 가능성을 보장한다.
배플(45)은 실린더 외부 하우징을 구비한, 이전에 고려된 열-교환 디바이스의 제1 실시예 중 하나와 유사한 기술적 결과를 보장한다.
가열 컴포넌트(46), 매니폴드(47), 물 공급용 노즐(68), 오염수 농축물 및 순수 배수용 노즐(69), 커버(60) 및 에어 밸브(70)의 설계 및 위치는 실린더 외부 하우징을 구비한 열-교환 디바이스의 제1 실시예에서의 그것의 디자인과 유사하다.
상기 외부 하우징(59) 및 상기 내부 하우징(44), 상기 배플(45) 및 상기 내부 벽(62)은 열-전도 물질로 만들어진다. 동시에, 상기 배플(45) 및 상기 내부 벽(62)은 등전위 면이다.
실린더(43) 및 원뿔(59)형 외부 하우징을 구비한 열-교환 디바이스(1 및 2)는 시스템 내에서 각각 결합되어 사용, 예를 들어, 상기 상부 디바이스는 실린더 외부 하우징(43)을 포함하고 상기 하부 디바이스는 원뿔 외부 하우징(59)을 포함, 되거나 별도로 사용 - 동일한 모양의 외부 하우징(43 또는 59)을 구비한 2x2 디바이스 - 된다.
그것 내에서 사용된 열-교환 디바이스(1 및 2) 뿐 아니라 본원에서 청구된 재결정 수처리 시스템 및 도면도 청구된 기술적 결과의 달성을 보장하는 모든 가능한 실시예를 제한하지 않는다.
특히, 청구된 설계를 구비한 임의의 페어링(paired) 또는 언페어링(unpaired)된 숫자의 열-교환 디바이스(1 및 2)는 시스템 내에서 사용될 수 있고; 그것은 다른 출력을 가진 디바이스의 단일한 범위 생성을 허용한다. 얼음 용융 단계를 단축시키기 위해, 열-교환 디바이스(1 및 2)는 추가 컴포넌트를 포함할 수 있고, 이는 예를 들어, 열-교환 챔버의 바닥 부분 또는 내부 하우징 벽에 위치할 수 있다.
열-교환 디바이스(1 및 2) 내의 냉각 및 가열 컴포넌트는 다른 형태 또는 설계, 예를 들어, 멀티-채널 패널 또는 전자 열 요소로 만들어질 수 있다.
재결정 수처리 시스템의 동작.
예를 들어, 아래에서 재결정 수처리 시스템은 실린더 외부 하우징(43)(도 2)을 구비한 상부 열-교환 디바이스(1) 및 상부를 향하는 원뿔 각도를 가진(도 3) 절단된 원뿔형 외부 하우징을 구비한 하부 열-교환 디바이스(2)를 포함한다(도 1).
열-교환, 및 물 결빙 동안 챔버 내에 생성된 열을 얼음 용융 챔버에게 전달하기 위한 디바이스(1 및 2)의 챔버(53 및 65) 내의 물 결빙 및 얼음 용융의 단계를 교대로 수행하는 동안 물이 처리된다. 동작 모드에 종속하여, 냉매 보일링(결빙 모드) 또는 냉매 응축(해빙 모드)은 냉각 및 가열 요소(8 및 9) 내에서 순환한다.
제어 및 모니터링 도구(5)는 가열 컴포넌트(46) 및 컴프레서(도시되지 않음)의 단기(short-term) 액츄에이션 뿐만 아니라 챔버(53 및 65) 내의 물 흐름 및 냉각 및 가열 컴포넌트(8 및 9) 내의 냉매를 역류하는 것에 대응하여 제어기(24) 내에 입력된 알고리즘을 구현하여 물 결빙 동안 에어를 매니폴드(47)에게 공급한다.
재결정 수처리 시스템의 동작은 상부 열-교환 디바이스(1)의 챔버 내의 "중"수("heavy" water)의 분리, "중"수의 처리, 및 하부 열-교환 디바이스(2)의 챔버 내의 불순물 및 용해된 염분으로부터의 "경"수("light" water)의 정화된 수처리를 예로 사용하여 설명된다.
1. 시스템 개시. 상부 열-교환 디바이스(1)의 챔버(53)에게 물을 공급함.
중수를 분리하는 처리 옵션은 제어 패널로부터 선택된다. 개시 버튼을 가압함으로써 시스템 액츄에이션이 된 이후, 제어기(24)는 자동 모드에서 시스템을 제어한다. 밸브(28)는 개방되고, 초기수는 필터(12) 및 열-교환 어큐뮬레이터(41)를 거쳐 상부 열-교환 디바이스(1)의 챔버로 진입한다. 밸브(28)는 챔버(53)가 채워진 후 폐쇄된다.
2. "중"수 결빙의 단계 동안 상부 열-교환 디바이스(1)의 동작.
밸브(34 및 35)는 자동으로 개방되고, 밸브(33 및 36)는 폐쇄된다. 냉매는 하부 열 교환기(2) 내에 물 없이 물을 결빙하는 코스에서 상부 열-교환 디바이스(1)의 동작 동안 공랭식 및 수랭식 콘덴서(19 및 20)를 응축한다. 이 단계 동안, 도 1에 점선에 의해 도시된 방향에 따른 루프(4) 내의 냉매는 순환한다. 컴프레서(18) 내에 압축된 냉매 증기는 공랭식 및 수랭식 콘덴서(19 및20), 및 밸브(35)의 섹션을 통해 순차적으로 통과한다. 그 다음, 그것은 상부 노즐(64)을 거쳐 하부 열-교환 디바이스(2)의 냉각 및 가열 컴포넌트(9)로 진입한다.
액체 냉매는 하부 노즐(64)을 거쳐 하부 열-교환 디바이스(2)로부터 배출되고, 모세관(23)으로 진입하고, 조절된 상태로 열 교환기(21)에게 공급된다. 그 다음, 그것은 최대 5˚C까지 가열되고, 하부 노즐(52)을 거쳐 상기 상부 열-교환 디바이스의 냉각 및 가열 컴포넌트(8)에게 공급된다.
냉각 및 가열 컴포넌트(8)를 통과할 때, 냉매는 보일링되고, 챔버(53) 내의 초기수를 냉각시키고, 내부 벽(50) 상에 "중"빙(heavy ice)을 결빙시킨다. 냉매 증기는 상부 노즐(52)을 거쳐 상부 열-교환 디바이스(1)로부터 배출되고, 밸브(34) 및 열 교환기(21 및 22)를 거쳐 컴프레서(18)의 주입구로 반환된다.
내부 벽(50) 상에 "중"빙(heavy ice) 결빙되는 프리셋(pre-set) 기간의 완료 이후, 밸브(29)가 개방되고, 제어기(24)의 명령에 따라, 초기수의 비-결빙 부분은 이 밸브를 거쳐 하부 열-교환 디바이스(2)에게 배수되고; 그 다음, 밸브(29)는 폐쇄된다.
3. "중"빙 용융 동안 상부 열-교환 디바이스(1) 및 "경"수 결빙 동안 하부 열-교환 디바이스(2)의 동작.
컨트롤러(24)의 명령에 따라, 두 개의 밸브 그룹이 동시에 전환됨: 밸브(33 및 36)는 개방되고 밸브(34 35)는 폐쇄된다. 상기 하부 열-교환 디바이스(2)는 "경"수 결빙 모드에서 동작을 개시하고, 상기 상부 열-교환 디바이스(1)는 - "중"빙 용융 모드에서 동작한다. 제어기(24)는 온도 센서(25)의 판독값에 기초하여, 모세관(23)을 연결하는, 온도 제어 밸브(38)를 포함하는 설정된 프로그램 알고리즘에 의해 열-교환 디바이스(1 및 2)의 동시 동작을 제공한다. 냉매는 도 1에서 실선으로 도시된 방향에서 루프(4)를 순환한다.
컴프레서(18) 내의 압축된 냉매 증기는 공랭식 콘덴서(19) 및 수랭식 콘덴서(20), 밸브(33)를 통과하고; 그 다음, 그것은 상부 노즐(52)을 거쳐 상부 열-교환 디바이스(1)의 냉각 및 가열 컴포넌트(8)로 진입한다. 내부 벽(50) 상의 "중"빙과의 열 교환의 결과로, 냉매는 20˚C에서 응축된다. "중"빙 용융 동안 형성된 물은 챔버(53)의 바닥 부분에서 누적된다.
액체 냉매는 상기 하부 노즐(52)을 통해 냉각 및 가열 요소(8)를 이탈하고, 열 교환기(21)로 진입하여, 그것이 10˚C까지 냉각된다. 그 다음, 그것은 밸브(37) 및 모세관(23)을 통과하고, 그것은 조절되어 하부 열-교환 디바이스(2)에 위치한 냉각 및 가열 요소(9)의 하부 노즐(64)로 진입한다.
챔버(65) 내의 내부 벽(62)은 -3˚C 내지 -35˚C까지 냉각된다. 결과적으로, "경"수는 내부 벽(62)에서 배플(45)로 향하는 환형 결정 전단의 동시 형성과 함께 냉각 캐비티(66) 내에서 신속히 냉각된다.
온도 센서(25)는 그것이 냉각되는 동안 "경"수의 온도를 모니터링하고, 물과의 열 교환으로 인해 그것이 가열되는 동안 냉매 온도를 모니터링한다.
프리셋 알고리즘에 따라, 제어기(24)는 냉각 캐비티(66) 내에서 결정적인 온도 감소를 허용하지 않는데, 이는 그것이 순수(pure water)의 품질을 크게 저하시키는 유기 및 무기 불순물의 함량이 증가에 따라 경수 잔여물의 결정화를 유발할 수 있기 때문이다.
"경"수를 냉각할 때, 그것의 밀도는 인접 캐비티(66 및 67) 사이에서 약한 물의 자연 순환을 야기하는 내부 벽(62)을 따라 (998.6 내지 998.8) kg/m3까지 감소하는데, 이는 캐비티(67) 내의 물 밀도가 변화하지 않고 대략 1000 kg/m3와 같기 때문이다.
제어기(24)의 명령에 의해 얼음의 박층(thin layer)이 내부 벽(62)에 형성되는 경우, 에어 컴프레서(도시되지 않음)는 매니폴드(47)를 거쳐 냉각 캐비티(66) 내에 압축된 공기를 공급하도록 가동된다. 그 다음, 가열 컴포넌트(46)는 주어진 시점에서 짧은 기간 동안 가동된다.
바닥 측면으로부터의 상기 냉각 캐비티(66)에 대한 에어 공급 및 재순환 캐비티(67)의 꼭대기에서의 "경"수의 동시 단기 가열은 그것의 수직 순환의 강도를 증가시키고, 이는 물 냉각 및 순수하고 투명한 얼음의 형성 가속화에 공헌한다. 동시에, 불순물 구배의 감소는 빙-수(ice-water) 경계를 보장하고, 염분 및 부유 고형물에 의한 얼음 결정 간 오염을 감소시킨다.
전열 코팅(61), 및 외부 하우징(56)의 외부 벽의 대향 측면 상에 위치한 열-반사 코팅은 냉각 및 가열 컴포넌트(9)로부터 물의 벌크에게로의 열 전달의 효율을 증가시키고, 따라서 챔버(65) 내의 결빙 모드 기간을 감소시킨다. 또한, 열 전달의 효율은 비-결빙 열-전도 물질을 갖는 캐비티(63)를 채움으로 인해 증가한다.
그것의 결빙 동안 "경"수와의 열 교환으로 인해, 냉매는 냉각 및 가열 컴포넌트(9) 내에서 가열되고, -15˚C의 온도에서 보일링된다. 냉매 증기는 상부 노즐(64) 및 밸브(36)을 거쳐 열 교환기(21 및 22)에게 공급되고, 그 다음 컴프레서(18)의 주입구로 공급된다.
제어기(24)의 명령은, 상기 제어기에 의해 설정된, 하부 열-교환 디바이스(2) 내의 내부 벽(62) 상에 "경"수 결빙 단계의 완료 이후, 밸브(30 및 32)를 동시에 개방한다. 그 다음, 불순물 및 염분의 농축물을 포함하는 "경"수 비-결빙 잔여물은, 열-교환 어큐뮬레이터(41) 내에서, 노즐(69) 및 열-교환 컴포넌트(42), 및 밸브(32)를 거쳐 하부 열-교환 디바이스(2)의 챔버(65)로부터 탱크(13)로 진입한다.
상기 노즐(14)을 거쳐 상기 탱크(13)으로부터 과도한 물이 처리된다. 열-교환 챔버(65 및 53)으로부터 "중"수 및 "경"수를 배수한 이후, 밸브(30 및 32)는 폐쇄된다. 밸브(28)는 개방되고; 열-교환 어큐뮬레이터(41) 내에서 냉각 중인 초기수는, 노즐(56)을 거쳐 상부 열-교환 디바이스(1)의 열-교환 캐비티(53)로 진입한다. 상기 열-교환 캐비티(53) 채움이 완료된 이후 밸브(28)는 폐쇄된다. 이 시스템은 재결정 주기를 변화시킬 준비를 한다.
4. "중"빙의 결빙 동안 상부 열-교환 디바이스(1) 및 "경"빙 용융 동안 하부 열-교환 디바이스(2)의 동작.
제어기(24)의 명령에 따라, 2그룹의 밸브는 다음 재결정 주기를 동시에 전환함: 밸브(34 및 35)는 밸브(33 및 36)가 폐쇄되는 동안 개방된다. "중"빙은 상기 상부 열-교환 디바이스(1) 내의 내부 벽 상에 초기수를 결빙시키고, 순수 음용수를 생산하는 상기 하부 열-교환 디바이스(2) 내의 "경"빙은 용융된다. 이 단계 동안, 냉매는 도 1에 점선으로 도시된 방향에 따라 루프(4)를 순환한다.
컴프레서(18) 내에서 압축된 냉매 증기는 공랭식 콘덴서(19) 및 수랭식 콘덴서(20)의 섹션을 순차적으로 통과하고; 그 다음, 그것은 밸브(35) 및 상부 노즐(64)를 거쳐 상기 하부 열-교환 디바이스(2)의 컴포넌트(9)로 진입한다. 여기에서, 냉매는 +15 내지 +18˚C에서 응축되고, 내부 벽(62) 상에 결빙된 "경"빙을 용융한다.
액체 냉매는 노즐(64)을 거쳐 하부 상기 열-교환 디바이스(2)로부터 모세관(23)에게 배출하고, 그것 내에 조절하고 열 교환기(21)로 진입한다. 여기에서, 그것은 최대 5˚C까지 가열되고 하부 노즐(52)을 거쳐 상기 상부 열-교환 디바이스(1)의 냉각 및 가열 컴포넌트(8)에게 공급된다. 냉매는 상기 컴포넌트(8)를 통과할 때 보일링되므로, 초기수를 냉각하고 내부 벽(50) 상에 "중"빙 을 형성한다. 그 다음, 냉매 증기는 상부 노즐(52)을 거쳐 배출되고, 밸브(34) 및 열 교환기(21 및 22)를 거쳐 컴프레서(18)의 진입구로 반환된다.
"중"빙의 필요층(necessary layer)이 상기 상부 열-교환 디바이스(1)의 내부 벽(50) 상에 형성되고, "경"빙이 상기 하부 열-교환 디바이스(2)의 열-교환 챔버(65) 내에서 용융되는 경우, 밸브(31)가 개방된다. 그 다음, 순수 음용수는 열-교환 컴포넌트(15) 및 파인 필터(16)를 거쳐 순수 탱크(10)로 진입한다. 상기 밸브(31)는 상기 챔버(65)로부터 순수가 배수된 이후 폐쇄되고; 밸브(29)가 개방되고, "경"수는 이 밸브를 거쳐 상기 상부 열-교환 디바이스(1)의 챔버(53)로부터 챔버(65)로 진입한다. 밸브(29)는 폐쇄된다. 이 시스템은 "중"빙이 상기 상부 열-교환 디바이스(1) 내에서 용융되고, "경"수가 상기 하부 열-교환 디바이스(2) 내에서 결빙되는 경우, 열-교환 디바이스(1 및 2) 내에서 재결정 단계의 다음 변화에 대한 준비를 한다. 이 특정 모드는 상기의 것으로 간주된다(주기 3).
시스템 동작 동안, 순수 음용수는 탱크(10) 내에 수집되고 열 교환기(22)에 의해 냉각된다. 수위 센서(27) 및 온도 센서(26)는 상기 탱크(10) 내의 처리수의 수위 및 온도를 제어한다. 처리된 음용수는 밸브(17)를 통해 상기 탱크(10)로부터 소비자에게 공급된다.
다음, 물이 결빙되는 동안 전기분해 효과를 사용할 때 재결정 수처리 시스템의 동작을 고려한다.
전기분해 효과는 외부 직류 소스에 연결한 이후, 배플(45) 및 이와 대응되도록, 내벽(50 및 62)에 의해 형성된 등전위면 사이에서, 냉각 캐비티(54 및 66)에 형성된, 고도로 오염된 물을 처리하는 데 사용된다. 이 경우, 상기 배플(45)은 포지티브 터미널에 연결되고, 상기 내부 벽은, 재결정 단계의 변화를 고려하여, 네거티브 터미널 또는 그 반대로 연결된다.
초기수 오염율 및 기후 조건에 따라, 열-교환 디바이스(1 및 2) 내의 물 결빙 단계의 기간은 0.2 시간 내지 1.5 시간이고, 얼음 용융 단계는 0.5 시간 지속된다.
재결정 수처리 시스템 및 열-교환 디바이스(1 및 2)의 청구된 설계는 오염수 및 해수(염분 함량 최대 4.5%)의 처리 동안 체크된다. 테스트 결과 청구된 테스트 결과가 확인되었다.
특히, 열-교환 어큐뮬레이터의 적용은 상부 열-교환 디바이스에서의 물 냉각 및 얼음 용융을 24% 내지 32% 단축시킨다. 수랭식 콘덴서의 사용은 냉매 응축점을 약 40˚C에서 약 30˚C로 감소시키고, 이에 따라 컴프레서 냉매 용량을 증가시키고 상부 및 하부 열-교환 디바이스에서의 결빙 단계를 단축시킨다. 물 결빙 동안 전기분해 효과의 적용은 원치 않는 불순물 함량을 40% 내지 90% 감소시킨다. 추가적인 가열 컴포넌트의 사용은 얼음 용융 단계의 기간을 단축시킨다.
충분히 큰 성능 및 수처리의 고품질 시스템 내의 조합은 초기수를 다양한 범위의 유기 및 무기 오염물로 처리하는 데 그것이 사용되도록 한다.
재결정 수처리 시스템의 청구된 설계는 요구되는 기술적 결과의 달성을 보장한다.
열-교환 디바이스(1 및 2)의 직렬 연결 배열 및 그것이 갖는 하나의 물 결빙 및 얼음 용융용 챔버는 강제된 순환용 도구의 배제 및 병렬 챔버 연결로 인해 공지된 기술적 솔루션 대비 물 순환 루프의 레이아웃을 대폭 단순화시켰다.
그것들 사이에서 물 순환의 가능성을 가진 상호 소통된 냉각 및 재순환 캐비티에 챔버(6 및 7)을 분리할 가능성은 결빙 단계 동안 대류 프로세스 강도를 증가시키고, 하우징의 내부 표면 상의 얼음 품질을 동시에 개선하고, 이에 상응하게, 얼음 용융에 의해 생산된 처리수의 품질을 개선한다.
또한, 상호 소통된 냉각 및 재순환 캐비티에 챔버(6 및 7)를 분리할 가능성은 영역을 협소화하고, 여기에서 환형 결정 전단이 형성되고, 그리고, 이로 인해, 결빙 단계의 기간이 단축된다.
냉각 캐비티 내의 등전위 면을 형성할 가능성은 물 결빙 동안 추가적인 전기분해 효과를 사용하도록 하고, 이로 인해, 얼음 품질을 대폭 개선한다.
열 교환기 간의 추가적인 공랭싱 콘덴서 및 새로운 상호 연결을 구비한 냉매 순환 루프는 청구된 시스템의 구현을 지향하고, 동시에 그것은 열-교환 디바이스의 챔버 내에서 물 결빙 및 얼음 용융 동안 방출되는 열 에너지의 비-생산적 손실을 감소시키고, 이와 대응되도록, 수처리를 위한 동작 비용을 감소시킨다.
열-교환 디바이스의 청구된 설계는 또한 요구된 기술적 결과의 달성을 제공한다.
특히, 실린더 배플을 구비한 환형 챔버는, 배플 아래 및 위에서 서로 상호 소통된 냉각 및 재순환 캐비티를 형성하도록 고정되어, 외부 하우징의 벽으로부터 물에 대한 열 전달의 효율을 개선하여 결빙 단계를 단축시킨다. 동시에, 이 설계는 외부 하우징 볼륨 및, 이와 대응되도록, 처리 주기 당 순수 출력을 증가시킨다.
냉각 캐비티 내의 외부 하우징의 바닥 상의 내부 하우징 및 에어 공급 매니폴드의 꼭대기에 고정된 가열 컴포넌트의 사용은, 물에서의 대류 프로세스 강도를 증가시키고, 이와 대응되도록, 얼음 형성 단계를 단축시킨다. 동시에, 대류 프로세스 강도의 증가는 동시에 외부 하우징의 내부 벽 상의 얼음의 품질을 개선하고, 이에 따라, 그 얼음의 용융에 의해 생성된 처리수의 품질을 개선한다.
Claims (12)
- 재결정 수처리 시스템에 있어서,
물 결빙 및 얼음 용융을 위한 챔버, 냉각 및 가열 컴포넌트, 열-교환 디바이스의 챔버와 연결되어 하나의 챔버로부터 사전-처리수(pre-treated water)를 배수하고, 최종 처리를 위해 그것을 다른 하나의 챔버에게 공급할 수 있는 물 순환 루프; 냉각 및 가열 컴포넌트와 연결되어 열-교환 디바이스의 챔버 내에서 물 결빙 및 얼음 용융 단계를 교대로 수행할 수 있고, 물 결빙 동안 상기 챔버 내에서 형성된 냉매의 열을 상기 얼음 용융 챔버에게 전달할 수 있는 냉매 순환 루프; 상기 물 및 냉매 순환 루프와 연결되고, 물 결빙 및 얼음 용융 단계를 교차하는 동안 물 및 냉매 흐름을 보존할 수 있는 제어 및 모니터링 도구를 포함하는 적어도 두 개의 열 교환 디바이스를 포함하고,
여기에서 상기 물 순환 루프는 초기수(initial water) 공급용 도구, 오염수(polluted water) 농축물 배수용 도구, 사전-처리수 배수용 도구, 처리수(treated water) 배수용 도구, 순수(pure water) 탱크, 및 오염수 농축물용 탱크를 포함하고; 상기 냉매 순환 루프는 컴프레서, 그것이 열-교환 챔버로부터 배수된 후 오염수 농축물용 탱크와 열을 교환하는 수랭식(water-cooled) 콘덴서, 및 2개의 열 교환기를 포함하고; 여기에서 열-교환 디바이스는 서로 직렬 연결되고, 각각의 디바이스는 상호 소통된(intercommunicated) 냉각 및 재순환 캐비티가 되도록 분할되고; 물 결빙 동안 상기 냉각 캐비티 내에서 등전위 면(equipotential surfaces)을 형성하는 상기 캐비티 사이에서 물을 순환시킬 가능성이 있는 하나의 챔버를 포함하고; 상기 냉매 순환 루프는 추가 공랭식(air-cooled) 콘덴서, 각각 컴프레서 배출구(outlet) 및 수랭식 콘덴서의 주입구(inlet)와 연결되는 주입구 및 배출구를 포함하고; 여기에서 제1 열 교환기의 주입구는 냉각 및 가열 컴포넌트의 주입구 및 배출구와 연결되고, 그 배출구는 제2 열 교환기의 주입구와 연결되고, 상기 배출구는 순수 탱크와 열을 교환하고 상기 컴프레서 주입구와 연결되고; 상부 열-교환 디바이스의 챔버는 상기 초기수 공급용 도구와 함께 상기 주입구 및 상기 배출구에 연결되고, 그것은 오염수 농축물 배수용 도구 및 사전-처리수 배수용 도구와 연결되고; 하부 열-교환 디바이스의 챔버는 상기 상부 열-교환 디바이스의 챔버로부터의 사전-처리수 배수용 도구와 함께 상기 주입구 및 상기 배출구에 연결되고, 그것은 오염수 농축물 배수용 도구 및 순수 배수용 도구와 연결되며,
상부 열-교환 디바이스의 챔버로 공급되는 초기수와 열을 교환하고, 하부 열-교환 디바이스의 챔버에서 공급되는 오염수 농축물 및 순수와 열을 교환하는 열교환 어큐물레이터;를 더 포함하여 이루어지며,
수랭식 콘덴서는 열-교환 어큐물레이터에서 공급되는 순수와 추가적으로 열을 교환하는 것을 특징으로 하는 재결정 수처리 시스템. - 제1항에 있어서,
여기에서 상기 제어 및 모니터링 도구는 상부 열-교환 디바이스의 챔버 내의 초기수를 중수(heavy water) 및 경수(light water)가 되도록 분리할 수 있고, 여기에서 중수는 오염수 농축물 배수용 도구를 거쳐 제거되고 경수는 사전-처리수 배수용 도구를 거쳐 하부 열-교환 디바이스의 챔버 내에 공급되는,
재결정 수처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제어 및 모니터링 도구는 제어기, 및 그것과 연결되고, 물 및 냉매 순환 루프 내에 설치된 제어 밸브, 냉각 및 가열 컴포넌트의 주입구 및 배출구, 및 상기 순수 탱크 내에 설치된 온도 센서, 및 상기 순수 탱크 내에 설치된 수위(water level) 센서를 포함하고 여기에서 제어 밸브는 물 및 냉매 솔레노이드 밸브인,
재결정 수처리 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 초기수 공급용 도구는 업스트림의 상기 상부 열-교환 디바이스의 챔버에서, 축열기(thermal accumulator) 내에 위치한 열-교환 컴포넌트, 및 조대 필터(coarse filter)를 포함하고; 오염수 농축물 배수용 도구는 상기 수랭식 콘덴서와 열을 교환하는 상기 상부 열-교환 디바이스의 다운스트림 챔버에 오염수 농축물용 탱크, 및 배수 노즐을 포함하고; 상기 오염수 농축물 배수용 도구 및 상기 순수 배수용 도구는 상기 하부 열-교환 디바이스의 챔버로부터 공통 배출구를 가지고 다운스트림 챔버에서 열-교환 어큐뮬레이터 내의 공통 열-교환 컴포넌트를 포함하고; 오염수 농축물의 경로를 따라, 그것은 오염수 농축물용 탱크 및 배수 노즐을 포함하고; 그것은 상기 수랭식 콘덴서 내에 위치한 순수 경로를 따라 제2 열-교환 컴포넌트, 파인 필터(fine filter) 및 살균등(sterilization lamp)을 포함하고, 그리고 상기 순수 탱크는 소비자에 대한 물 공급을 제어하는 차단 밸브를 포함하는,
재결정 수처리 시스템. - 재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스에 있어서,
외부 및 내부 실린더 하우징, 냉각 및 가열 컴포넌트를 포함하고, 여기에서, 상기 하우징은 벽 사이에 링 캐비티를 형성하는 서로에 대해 동축으로(coaxially) 설치되고; 여기에서, 상기 내부 하우징은 폐쇄 엔드 페이스로 만들어지고 상기 외부 하우징은 커버와 긴밀하게 폐쇄되고 배수 노즐이 구비될 수 있고; 여기에서, 상기 열-교환 디바이스는 배플(baffle) 위 아래에서 서로 상호 소통하는 냉각 및 재순환 캐비티를 형성하는 상기 외부 및 내부 하우징 사이에 위치한 실린더 배플이 구비되어 있고; 냉각 캐비티 내의 상기 외부 하우징 바닥에 설치된 에어 매니폴드(manifold), 및 상기 내부 하우징의 꼭대기에 위치한 가열 컴포넌트; 여기에서, 상기 내부 하우징 높이는 상기 외부 하우징 높이와 대응되고; 상기 외부 하우징은 추가 실린더 내부 벽으로 만들어지고, 냉각 및 가열 컴포넌트는 상기 벽과 상기 외부 하우징 벽 사이에 위치하는,
재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 외부 하우징 높이 대 그 직경의 비율은 1.5 내지 1.7인,
재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 하우징의 추가 실린더 내부 벽의 높이는 상기 외부 하우징의 높이와 대응되는,
재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스. - 재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스에 있어서,
원뿔(cone) 각도가 상부로 향하는 절단된 원뿔형(cone-shaped) 외부 하우징, 그것의 길이방향 축을 따라 상기 외부 하우징 내에 위치하고, 그 벽 사이에 캐비티를 형성하고 폐쇄 엔드 페이스를 가지는 내부 하우징, 상기 외부 하우징에 위치한 냉각 및 가열 컴포넌트, 상기 외부 하우징을 잠금하는 배수 노즐 및 커버를 포함하고, 여기에서 상기 열-교환 디바이스는 상기 내부 및 외부 하우징의 벽 사이의 상기 캐비티 내에 설치된 실린더 배플이 구비되고, 배플 위 아래에서 서로 상소 소통하는 냉각 및 재순환 캐비티를 형성하고, 에어 공급 매니폴드 및 가열 컴포넌트, 여기에서, 상기 내부 하우징은 실린더이고, 상기 배플은 상기 외부 및 내부 하우징과 동축으로 위치하고, 상기 에어 공급 매니폴드는 상기 냉각 캐비티 내에서 상기 외부 하우징 바닥에 설치되고 상기 가열 컴포넌트는 상기 내부 하우징의 꼭대기에 설치되고, 여기에서 상기 내부 하우징의 높이는 상기 외부 하우징의 높이에 대응되는,
재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스. - 제9항에 있어서,
상기 외부 하우징은 추가 내부 벽을 포함하고, 형태 및 높이는 상기 외부 하우징과 대응되고, 냉각 및 가열 컴포넌트는 상기 벽 사이에 위치하는,
재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스. - 제6항 또는 제9항에 있어서,
상기 배플의 높이는 상기 외부 하우징 높이의 0.8 내지 0.9인,
재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스. - 제6항 또는 제9항에 있어서,
상기 배플 및 상기 하우징의 내부 벽은 전류 공급원에 연결될 수 있는,
재결정 수처리 시스템용 열-교환 디바이스.
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015111405A1 (en) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Water purifier, method of purifying water, fluid purifier and method of purifying a fluid |
Family Cites Families (18)
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|---|---|---|---|---|
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| FR1395171A (fr) * | 1963-04-29 | 1965-04-09 | Desalination Plants | Procédé et appareil pour condenser de la vapeur et faire fondre de la glace |
| JPH02303588A (ja) * | 1989-05-18 | 1990-12-17 | Toshiba Corp | 純水生成装置 |
| WO1991010129A1 (en) * | 1989-12-13 | 1991-07-11 | Protein Technologies, Inc. | A protein purification system based on isoelectric focusing and isotachophoresis |
| RU94033853A (ru) * | 1994-09-09 | 1996-08-27 | Акционерное общество "Надежда" | Теплонасосная установка воздушного отопления, охлаждения и горячего водоснабжения |
| WO2003006898A1 (en) * | 2001-06-20 | 2003-01-23 | 3L Filters Ltd. | Apparatus for producing potable water and slush from sea water or brine |
| WO2004045738A2 (en) * | 2002-11-18 | 2004-06-03 | Indian Institute Of Technology, Bombay | Freeze concentration system |
| US7467526B2 (en) * | 2005-02-07 | 2008-12-23 | Hsuan-Chi Hsieh | Desalinating process |
| RU54150U1 (ru) * | 2005-11-03 | 2006-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственная компания "СИГНАЛ-МАШ" | Теплообменное устройство отопительного котла |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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