KR100473388B1 - 섬유 필터를 이용한 냉각 용수 회수 시스템 및 그 운전 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공장 또는 발전소 등에서 냉각용수로 사용되는 물이 수증기로 바뀌어 대기로 방출되어 손실되는 것을 방지하도록 수증기를 흡수하여 회수할 수 있는 시스템에 관한 것이다. 본 발명에서 발명된 냉각용수 회수 시스템은 기존에 사용되고 있는 냉각탑 설비의 상부에 수증기를 흡수할 수 있는 필터를 간편하게 설치함으로서 냉각용수를 회수할 수 있으며, 그에 따라 운전이 편리하도록 구성되어 있다. 또한 냉각용수를 회수하여 재활용함으로서 공업용수를 사용하는 양이 적어지면서 국가적으로 물 부족 문제를 해소함과 동시에 경제적인 잇점이 있다.

본 발명에 의한 냉각용수 회수 시스템 A의 특징은 냉각용수를 흡수할 수 있는 섬유 필터로 구성된 수증기 흡수장치와 흡수된 물을 탈수시킬 수 있는 보조 장치로 구성되어 있다. 냉각용수의 흡수 및 회수 원리는 물의 흡수용량이 큰 섬유를 허니컴 또는 pleated 형태의 섬유 필터로 제작하여 냉각탑 상부에 설치하고, 섬유 필터 사이를 통과하면서 수증기로 된 냉각용수는 흡수되고, 냉각용수를 흡수한 섬유 필터를 구동 모터에 의해 90도 각도로 회전하면서 섬유 필터를 압착하여 흡수된 물을 탈수하고, 탈수과정이후에 섬유 필터는 수증기를 흡수하기위한 목적으로 다시 사용된다. 냉각용수 회수 시스템의 구성은 섬유 필터, 섬유 필터가 90도로 회전하면서 탈수할 수 있는 구동 모터, 회수된 물을 재사용하게 할 수 있도록 일정한 장소에 모을 수 있는 물받이로 구성되어 있다. 또한 냉각용수 회수 시스템은 기존 설비를 크게 변경하지 않고 냉각탑 상부에 바로 장착이 용이하며, 수증기의 흐름을 방해하지 않도록 하기 위하여 냉각용수 회수 시스템 A 내부에 장착되는 섬유 필터를 허니컴 또는 pleated 형태로 제작되어 있다.

또한 본 발명에 의한 냉각용수 회수 시스템 B는 냉각용수를 흡수할 수 있는 섬유 필터를 직포형으로 제조하여 회수 시스템 내부에서 수증기가 직포형 섬유 필터의 표면을 따라 상승하도록 되어 있으며, 수증기를 흡수한 직포형 섬유 필터는 회수 장치 외부로 빠져나가 롤러와 회수 장치 표면의 압착에 의해서 흡수된 물은 회수 되도록 하였으며 회수된 물은 회수 라인을 통해 재사용하도록 구성되어 있다. 냉각용수 회수 시스템 B는 공기 저항을 최소화하고 접촉면적을 최대화시키기 위하여 직포형 섬유 필터를 회수 시스템 내부를 통과할 때 지그재그로 통과하도록 제작되었다.

Description

섬유 필터를 이용한 냉각 용수 회수 시스템 및 그 운전방법{Cooling water recovery system using fiber filter and its operating methods}

1960년대부터 계속된 경제개발계획에 의하여 우리나라는 급속한 산업발전을 이루어 왔으며 이에 따라 더욱 가속된 대도시로의 인구집중 현상과 경제 및 산업발전에 따르는 생활수준의 향상은 물수요 급증을 야기하였다. 이에 대처하기 위해서 그 동안 다목적 댐을 건설하여 수자원의 합리적인 사용을 위해 노력하고 있으나, 장래에도 꾸준히 증대될 물수요에 대해서 이제는 댐 건설에 따른 막대한 건설비, 주민의 이주 및 보상, 환경에의 영향 등이 중대한 문제점으로 대두되었다. 그러나 장래의 물 수요는 생활용수에서는 상하수도의 보급 확대, 생활수준의 향상 핵가족화의 진행, 사회 및 경제활동의 고도화 등으로 인해서 단계적으로 증가할 것이 예상되고, 공업용수에서도 자원절약과 회수율의 향상 등으로 인해서 그 증가율은 다소 둔화될지라도 전반적인 산업발전이 계속될 것이므로 물의 수요량의 증대될 전망이다.

우리나라의 수자원현황을 살펴보면 연평균 강수량은 1,159mm로 세계의 연평균 강수량인 약 970mm의 약 1.2배에 달하고 있으나, 인구 1인당 연평균 강수량으로 환산해보면 약 3,100m³/인으로 세계의 평균치인 34,000m³/인의 1/10에도 미치지 못하고 있는 실정이다.

현재 산업공장이나 발전소에서 공정 온도를 냉각시키기 위해 다량의 물이 사용되는 냉각탑을 통해 과량의 수증기가 대기로 방출되고 있는 실정이나, 지금까지는 거의 대부분이 수증기를 처리하지 않고 그대로 대기로 방출되고 있어 아까운 자원이 낭비되는 실정이다.

냉각에 사용된 물인 수증기를 회수하는 시스템으로서 냉각방식에 의해서 수증기를 냉각시켜 물을 회수하는 방법이 있는데, 이는 물의 회수 효율은 높지만 냉각수 또는 냉각공기를 사용하여야 하기 때문에 운전비용이 과다하게 요구되는 문제점이 있다.

대기로 방출되는 수증기의 회수 효율이 높으면서도 운전비용이 적게 소요되도록 하기 위하여 본 발명에서는 물의 흡수용량이 큰 섬유 형태의 필터를 사용하여 물을 흡수시킨 후, 다시 탈수시켜 물을 회수하여 재활용하고, 탈수 이후 그 섬유필터를 계속 반복하여 사용하는 방법에 관한 냉각용수 회수 시스템이다.

본 발명은 상기와 같은 시스템으로 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 공장 또는 발전소 등의 냉각탑에서 대기로 방출되는 수증기를 회수함으로서 물 부족을 해결하며, 물을 회수하여 재사용하기 때문에 자원을 재활용하여 물부족 문제를 해결할 수 있고 경제적으로도 운전비용을 절감할 수 있는 냉각용수 회수 시스템이다.

본 발명에서는 냉각탑에서 대기로 방출되고 있는 수증기가 섬유 필터를 통과하면서 수증기인 물이 흡수되고, 섬유필터에 물의 흡수가 포화상태가 되면 다시 섬유필터를 압착하여 물을 회수하고, 이후 탈수된 섬유 필터는 물을 흡수하는 목적으로 사용될 수 있는 시스템에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 냉각용수 회수 시스템의 구성 및 그 운전에 대한 실시 예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 냉각용수 회수 시스템 A(1)의 조립도를 나타낸 모식도이다. 냉각용수 회수 시스템 A(1)를 수증기가 발생하는 냉각탑, 장치 또는 굴뚝 위에 장착한다. 냉각용수 회수 시스템 A(1)의 내부에는 수증기를 흡수 및 탈수할 수 있는 섬유 필터(2)의 중심부분이 회전축(3)에 장착되어 있다. 이 회수 시스템에는 물을 흡수할 수 있는 섬유 필터(2)가 설치되어 있어 냉각탑에서 냉각과정인 열교환에 의해 온도가 상승되어 올라오는 수증기는 수직으로 형성된 섬유 필터(2) 사이를 통과하면서 흡수되고, 섬유 필터에 의한 물의 흡수 용량을 초과하는 수증기의 양이 유입되기 전에 섬유 필터가 포화상태가 되면 흡수된 물을 회수하기 위하여 가이드판(4)과 섬유 필터(2)는 회전축(3)에 의해서 90도 회전할수 있게 하였으며, 이때 가해진 힘에 의해서 물을 흡수한 섬유 필터(2)는 가이드판(4)과 압축판(5) 사이에서 압축되고, 물을 과량 흡수한 섬유 필터(2)가 압축되면서 이때 가해진 압력에 의해 섬유 필터(2)에 흡수된 물이 탈수되고, 중력에 의해서 회수 시스템 하단부 아래로 떨어지게 되고, 떨어진 물은 회전축(3)에 부착된 물받이(6)에 의해서 물을 한 곳으로 모아 회수관(7)으로 회수한다. 이때 물받이(6)의 형태는 부채꼴 형태로 되어 있으며, 물을 회수할 때는 물을 한 곳으로 모을 수 있도록 닫히고, 정상운전 때에는 수증기가 통과할 수 있도록 열려지는 기능을 갖추도록 물받이(6)는 회전축(3)의 회전에 의해서 접히거나 펼쳐지도록 되어 있다. 섬유 필터(2)로부터 물을 회수하고 나면 회전축(3)은 반대로 90도 회전하면서 섬유 필터(2)가 원래 상태로 되면서 수증기를 흡수할 수 있는 상태로 돌아가게 된다.

섬유 필터(2)의 형태는 수증기를 포함한 상승 기류가 쉽게 섬유 필터(2)를 지나갈 수 있도록 공기 저항을 최소화시킬수 있도록 섬유 필터(2) 여재를 공기 흐름 방향과 일치하여 수직으로 세워져 있으며, 수직으로 배열된 섬유 필터(2)의 여재인 섬유포 사이와 사이를 공기가 지나가면서 수증기가 섬유필터(2)에 흡수될 수 있도록 하였다. 섬유 필터(2)의 수직으로 세워진 배열이 공기저항을 보다 적게 하기 위하여 섬유 필터(2) 여재를 허니컴 또는 pleated 형태로 구성된다.

도 2는 수증기를 흡수 및 탈수할 때 사용하는 허니컴 섬유 필터(8)로서 수증기를 흡수할 수 있는 섬유 필터(2)를 허니컴 형태로 제작하여 수증기를 흡수 및 탈수를 용이하게 제작하였다. 냉각용수 회수 시스템에 사용되는 허니컴 섬유 필터(8)는 360도의 원을 90도를 4등분한 것과 같이 총 4개를 사용하였으며 수증기를 흡수할 때에는 허니컴 섬유 필터(8)가 냉각용수 회수 시스템 A(1) 내부에 펼쳐져 있으며, 수증기를 탈수할 때에는 가이드판(4)과 허니컴 섬유필터(8)가 90도로 회전하여 허니컴 섬유 필터(8)를 압착판(5)에 압착시킴으로서 흡수된 물이 가해진 압력에 의해서 허니컴 섬유 필터(8)로부터 탈수되어 냉각용수를 회수한다. 그리고 압착과정이 끝나면 허니컴 섬유 필터(8)는 다시 수증기를 흡수하기 위하여 원래의 상태로 되돌아가기 위해 회전축(3)에 연결된 구동 모터에 의해서 반대로 90도 회전한다.

도 3은 수증기를 흡수 및 탈수할 때 사용하는 섬유 필터(2)로 허니컴 섬유 필터(8)가 아닌 수증기를 흡수할 수 있는 섬유를 직포로 제조하여 pleated 섬유 필터로(9)로 제작하였다. Pleated 섬유 필터(9)는 냉각용수 회수 시스템 A(1) 내부에 섬유 필터(2)의 여재를 직포 형태로 수직으로 배열하고, 그 수직으로 배열된 직포 형태로 구성된 여재 사이와 사이를 수증기가 통과하면서 섬유로 수증기가 흡수할 수 있도록 하였다. 그리고 그 이하 수증기를 흡수 및 탈수하는 방법은 도 2에서 설명한 바와 같이 동일한 방법으로 흡수 및 탈수한다.

도 4는 냉각용수 회수 시스템 B(10)의 조립도를 나타낸 모식도이다. 정상운전에서 수증기를 흡수할 수 있는 직포로 제조된 섬유 필터(11)는 물 회수 시스템 B(10) 내부에 수증기가 직포형 섬유 필터(11)의 표면을 따라 상승하도록 구성되어 있고, 직포형 섬유 필터(11)는 회수 시스템 내부에서 접촉면적을 최대로 하기 위하여 지그재그 형태로 통과하여 수증기를 흡수하고, 섬유 필터의 물 흡수 용량이 초과되는 시점보다 더 빠른 시간에 직포형 섬유 필터(11)는 회수 장치(12) 외부로 빠져나가도록 되어 있다. 직포형 섬유 필터(11)는 직포형 섬유가 끊어짐 없이 연결되어 있고, 외부로 빠져나올수 있도록 직포형 섬유 필터(11)의 상부에 고리연결쇠(13)가 있어 기어(14)의 회전하는 힘에 의해서 직포형 섬유 필터(11)가 따라서 움직이게 된다. 외부로 나온 직포형 섬유 필터(11)는 회수 시스템 외부 원통 표면을 따라 회전을 하면서 롤러(15)와 냉각용수 회수 시스템 외부 표면 사이를 통과하면서 직포형 섬유 필터(11)를 압착시킨다. 이때 압축된 힘에 의해서 직포형 섬유 필터(11)에 흡수된 물은 회수되면서 아래로 떨어지게 된다. 떨어진 물은 회수 라인을 따라 한 곳으로 저장되고, 재사용하게 된다. 또한 물 회수 용량을 증가시키고, 운전 안전성을 향상시키기 위해 물 회수 시스템 B(10) 내부에서 직포형 섬유 필터(11)가 좌측에서 우측으로 지그재그로 지나갈 때 또 다른 직포형 섬유 필터(11)는 우측에서 좌측으로 지그재그로 엇갈리게 하여 통과하면서 수증기를 흡수하도록 한다.

위에서 언급한 방법에 사용된 의한 섬유 필터(2)에 사용한 섬유를 이용하여 수분 흡수 능력 시험을 수행하였다. 수분은 수분 발생기를 이용하여 발생시킨후, 섬유 필터(2)에 사용한 섬유에 통과시켜 수분을 흡수시켰다. 수분을 흡수하기 전의 섬유 무게를 측정하고, 수분을 흡수한 후의 무게를 측정하여 수분 흡수량을 측정하였다. 또한 수분이 흡수된 섬유를 탈수한 후 탈수되는 물의 양을 측정하였다. 표 1에 섬유에 대한 수분 흡수량과 탈수량을 나타내었다. 섬유필터(2)가 수증기를 흡수하는 양은 섬유 필터(2)의 약 2배 정도를 흡수하는 것으로 나타나, 물의 회수에 효과적으로 판명되었다.

표 1. 수분 흡수량과 탈수량

회수 무게	1	2	3	4	5
흡수전섬유(g)	24	49	48.5	49.5	50
흡수후섬유(g)	90	91	89	90	90
탈수후섬유(g)	49	48.5	49.5	50	49
물 회수량(g)	41	42.5	39.5	40	41

이러한 냉각용수 회수 시스템 A와 B는 기존에 사용하고 있는 장치위에 바로 장착할 수 있도록 설계되었으며, 공기의 흐름을 방해하지 않고 최소화 할 수 있도록 냉각용수 회수 시스템 A는 허니컴 또는 pleated 형태로 제조되었으며, 냉각용수 회수 시스템 B는 직포형 섬유 필터가 지그재그로 지나가도록 제조되어 있기 때문에 설치 및 운전이 용이하며, 수증기의 회수율이 높아진다.

본 발명에의 냉각용수 회수 시스템은 수증기를 흡수 및 탈수가 용이한 필터를 사용함으로서 대기로 방출되는 수증기를 회수할 수 있고, 이로 인해 경제적으로도 비용을 절감할 수 있으며, 장착 및 운전이 용이하다. 또한 냉각용수 회수 시스템 A의 경우에는 흡수 및 탈수에 사용되는 필터를 허니컴 또는 pleated 형태로 제작하였으며, 냉각용수 회수 시스템 B의 경우에는 직포형 섬유 필터를 지그재그로 지나가도록 제작하여 공기의 흐름에는 영향을 주지 않도록 제작하였다. 이러한 냉각용수 회수 시스템을 적용함으로서 물 부족으로부터 해결할 수 있을 뿐만 아니라 운전비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각용수 회수시스템 A의 조립도

도 2는 본 발명에 따른 허니컴 섬유 필터의 수증기 흡수 및 탈수 공정도

도 3은 본 발명에 따른 pleated 섬유 필터의 수증기 흡수 및 탈수 공정도

도 4는 본 발명에 따른 냉각용수 회수시스템 B의 조립도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 냉각용수 회수 시스템 A (2) : 섬유 필터

(3) : 회전축 (4) : 가이드판

(5) : 압축판 (6) : 물받이

(7) : 회수관 (8) : 허니컴 섬유 필터

(9) : Pleated 섬유 필터 (10) : 냉각용수 회수 시스템 B

(11) : 직포형 섬유 필터 (12) : 회수장치

(13) : 고리 연결쇠 (14) : 기어

(15) : 롤러

Claims (8)

1. 냉각탑, 냉각장치 또는 굴뚝위에 장착되어 수증기를 회수할 수 있는 시스템에 있어서, 상기 시스템은 냉각탑, 냉각장치 또는 굴뚝위에 장착되어 될 수 있는 지름을 갖는 원통형 하우징으로 된 냉각용수 회수 시스템A(1)으로 되고, 상기 원통형 시스템A(1)의 내부에는 수증기를 흡수할 수 있는 섬유 필터(2)가 충진되고, 그 중심부분에는 회전축(3)이 장착되고, 상기 회전축에는 흡수된 물을 회수하기 위하여 상기 원통형 하우징으로 된 냉각용수 회수 시스템A(1)의 내측 벽까지 신장되는 가이드판(4)이 장착되고, 상기 원통형 하우징으로 된 냉각용수 회수 시스템A(1)의 내측 벽에는 압축판(5)이 장착되고, 냉각용수 회수 시스템A(1)의 하단부에는 떨어진 물은 받는 물받이(6)가 상기 회전축(3)에 부착되어 구성됨을 특징으로 냉각용수 회수 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 섬유 필터(2)는 공기의 저항을 최소화할 수 있도록 허니컴 또는 주름진(pleated) 형태로 됨을 특징으로 냉각용수 회수 시스템.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 물받이(6)는 공기의 흐름을 방해하지 않도록 물받이를 부채꼴 형태로 제작하여 물을 회수할 때는 부채꼴이 펼쳐지고, 수증기를 흡착할 때는 부채꼴이 접혀지도록 함을 특징으로 냉각용수 회수 시스템.
5. 냉각탑, 냉각장치 또는 굴뚝위에 장착되어 수증기를 회수할 수 있는 시스템에 있어서, 상기 시스템은 냉각탑, 냉각장치 또는 굴뚝위에 장착되어 될 수 있는 지름을 갖는 원통형 하우징으로 된 냉각용수 회수 시스템B(10)으로 되고, 상기 원통형 시스템B(10)의 내부에는 수증기와 접촉면적을 최대로 하여 수증기를 흡수할 수 있도록 섬유 필터(11)가 접혀져 충진되어 구성되고, 상기 섬유 필터(11)는 상기 회수 시스템B(10)의 내부에서 상기 섬유 필터(11)의 물 흡수 용량이 초과되는 시점보다 더 빠른 시간에 상기 회수 시스템B(10)의 외부로 빠져나갈 수 있는 회수장치(12)이 상기 회수 시스템B(10)의 일 측에 장착되며, 상기 섬유 필터(11)는 직포형 섬유가 원형으로 형성되어 끊어짐 없이 연결되고, 상기 섬유 필터(11)는 상기 회수 시스템B(10)의 외측에 장착된 기어(14)의 회전하는 힘에 의해서 이동되고, 상기 외부로 나온 섬유 필터(11)는 상기 회수 시스템B(10)의 외부 원통 표면을 따라 장착된 롤러(15)와 상기 회수 시스템B(10)의 외부 표면 사이를 통과하도록 구성됨을 특징으로 냉각용수 회수 시스템.
6. 삭제
7. 제 5항에 있어서, 상기 섬유 필터(11)는 두장의 직포를 지그재그로 엇갈리게 배치되어 구성됨을 특징으로 냉각용수 회수 시스템.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 섬유 필터(11)는 외부로 빠져나올 수 있도록 상기 섬유 필터(11)의 상부에 고리연결쇠(13)가 부착되고, 상기 고리연결쇠(13)는 상기 기어(15)의 회전에 의해 기어(15)에 맞물려 회전함을 특징으로 냉각용수 회수 시스템.