KR100659375B1

KR100659375B1 - 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치

Info

Publication number: KR100659375B1
Application number: KR1020050081093A
Authority: KR
Inventors: 형기우; 형성훈
Original assignee: (주)동양화학; 동양하이테크산업주식회사
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2006-12-19

Abstract

본 발명은 해수 담수화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가열 또는 상온의 해수를 분무장치에 의해 무화시키고, 무화된 해수를 운반기체인 공기와 접촉시켜 해수 중 수분만을 공기에 함습시켜 탈염화하게 하고, 공기에 함습된 수분을 응축시키는 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치에 관한 것이다.

본 발명은 해수를 증발시켜 담수화하는 해수 담수화 장치에 있어서, 상기 해수를 공급하는 해수공급용 펌프(10)와, 상기 펌프(10)에 연결되어 고압으로 압축된 해수를 무화시키는 노즐(20)과, 상기 노즐(20)에 일측에 장착되고 내부에 일정 공간을 형성한 해수증발챔버(30)와, 상기 해수증발챔버(30) 내에 분무된 해수를 용이하게 증발시키기 위해 운반기체로 사용되는 공기를 가열하기 위한 가열공기 공급기(40)와, 상기 해수증발챔버(30) 상부에 증발된 해수증기가 배출되는 해수증기 배출관(50)과, 해수증기 배출관(50)에 연결되어 해수증기를 액화하여 응축하는 응축 열교환기(60)와, 상기 응축 열교환기(60)에 의해 담수화된 해수를 보관하는 담수저장통(70)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

해수, 담수, 담수화, 공기, 분무, 분무장치, 무화

Description

무화증기를 이용한 해수 담수화 장치{SEAWATER DESALIINATION UNIT}

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 무화증기를 이용한 해수의 담수화 장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치의 개략적인 구성도이다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치의 개략적인 구성도이다.

〈 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 〉

10 : 해수공급용 펌프 20 : 노즐

30 : 해수증발챔버 40 : 가열공기 공급기

50 : 해수증기 배출관 60 : 응축 열교환기

70 : 담수저장통 80 : 염분흡착판

본 발명은 해수 담수화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해수를 분무장치에 의해 가열 무화시키고, 무화된 해수를 운반기체인 공기와 접촉시켜 해수 중 수분만을 공기에 함습시켜 탈염화하게 하고, 공기에 함습된 수분을 응축하여 담수화시키는 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 해수를 담수화하는 방법으로는 증발법과 역삼투법을 사용하고 있다. 이 중 증발법은 해수를 직접 가열하여 증발시키고, 증발된 해수 증기를 열교환시켜 담수화하는 방법으로, 적용 원수 농도가 30,000 ∼ 500,000 TDS mg/ℓ정도로 높다.
그러나, 이 방법은 증발조에서 액체 상태의 해수를 직접 가열하여 증발시키기 때문에 증발하는 표면적이 상대적으로 적고, 비교적 에너지 소비량이 많은 문제점이 있다. 또한 에너지 소요비용이 높기 때문에 소규모로 운영되어 상용화하기에 부적합하였다.
물의 증발에는 현열과 잠열에 해당하는 많은 에너지가 각각 필요하며, 보통 현열 보다는 잠열에너지가 훨씬 크다. 통상 일반 증발법에 의한 해수의 담수화는 장치에 소요되는 비용이 많이 들뿐 아니라, 사용 에너지 및 유지관리비용이 막대하여 설치에 많은 애로가 있다. 이 때문에 감압 증발법 등을 이용하여 효율을 증대코자 하나 이 역시 고가의 복잡한 장치와 많은 에너지가 필요하여 별다른 효과를 얻고 있지 못하다.

한편, 역삼투법(Reverse Osmosis Membrane)에 의해 해수를 담수화하는 방법이 있는데, 이 방법은 반투막을 사이에 두고 삼투압 이상의 압력을 가하면 물질의 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 용매가 이동한다는 원리를 이용한 것이다.
그러나, 이러한 역삼투법에서는 물은 투과되고 소금과 같은 염들은 투과하지 못하는 분리막을 사용하게 되는데, 이 방법은 높은 압력으로 운전이 되어야 하며, 장시간 사용하는 경우 분리막의 표면에 불순물과 오염물질이 쌓이게 되는 문제가 생기게 되어, 분리막의 오염물질을 제거하기 위해서는 정기적으로 약품 등을 사용하여 세척해 주어야하는 문제점이 있다. 이러한 막의 오염(Fouling)에 의한 사용상 결함은 이미 주지된 결점으로 잘 알려져 있는 사실이다. 또한, 해수의 충분한 전처리가 필요하여 해수 농도를 5,000 ∼ 25,000 TDS mg/ℓ정도로 낮춰야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 저효율과 고비용인 종래의 담수화법의 단점을 극복하기 위하여, 증발 표면적의 확대에 의한 증발효과 제고의 방법으로 해수를 미세입자로 무화하고, 무화된 해수 입자층에 운반기체가 통과되도록 공급하여 표면적이 증가된 미립자 해수의 수분을 운반기체에 함습하여 탈염케 함으로써 쉽게 증발이 이루어지게 하여, 에너지 절약적이고 증발된 무화증기의 분리운반이 용이하여 효율적이며, 신속히 담수를 얻을 수 있는 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치를 제공하는 목적이 있다.

또한 본 발명은 장치의 구조와 원리가 간단하여 장치의 제작이 어렵지 않고, 고장의 염려가 거의 없어, 사용이 간편한 고효율의 실용적인 해수 담수화 장치를 제작할 수 있게 하여 종래의 고비용 저효율로 인하여 실용적이지 못한 기존 담수화법을 대체할 수 있는 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 해수를 증발시켜 담수화하는 해수 담수화 장치에 있어서, 상기 해수를 공급하는 해수공급용 펌프(10)와, 상기 펌프(10)에 연결되어 고압으로 압축된 해수를 무화시키는 노즐(20)과, 상기 노즐(20)에 일측에 장착되고 내부에 일정 공간을 형성한 해수증발챔버(30)와, 상기 해수증발챔버(30) 내에 분무된 해수를 용이하게 증발시키기 위해 운반기체로 사용되는 공기를 가열하기 위한 가열공기 공급기(40)와, 상기 해수증발챔버(30) 상부에 증발된 해수증기가 배출되는 해수증기 배출관(50)과, 해수증기 배출관(50)에 연결되어 해수증기를 액화하여 응축하는 응축 열교환기(60)와, 상기 응축 열교환기(60)에 의해 담수화된 해수를 보관하는 담수저장통(70)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 해수증발챔버(30) 내부에 횡방향으로 돌출되도록 일정너비를 가진 염분흡착판(80)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 해수증발챔버(30)는 다수개로 연결되어 구성되고, 상기 해수증기 배출관(50)에는 확산조 또는 사이클론 탈염조가 장착되는 것이 바람직하다.

본 발명은 해수를 미립자 상태로 무화시키고, 이를 운반기체인 공기에 의해 탈염 증발함습 시킨 다음, 함습된 공기를 열교환에 의해 물로 응축시키는 담수화방법이다. 또한 해수 적용농도에 구애받지 않으며, 해수의 증발효율을 향상시키고 저비용의 장치와 저렴한 유지관리 비용으로 해수를 담수화할 수 있는 해수 담수화 장치이다. 또한, 본 발명은 중수도 및 폐수 재활용 설비로도 사용될 수 있는 장치이기도 하다.

삭제

본 발명은 해수를 무화함으로써 증발 표면적을 극대화하고 운반기체인 공기에 의해 해수의 탈염과 해수로부터의 수분 증발속도가 빨라지고 운전비용이 최소화 되는 저비용의 해수담수화 장치를 만들고자 하는 것으로, 해수를 미립자로 무화하여 챔버 안으로 분사하고, 무화된 해수를 챔버 내에서 운반기체인 공기와 접촉되게 한다. 무화된 해수의 표면에 접촉된 공기는, 해수로부터 증발된 수분을 탈염 함습하여 챔버를 통과 한다. 챔버를 통과한 가열 함습된 공기는 냉각장치를 경유하면서 다시 공기와 물로 분리되어 담수화된다. 즉, 무화된 해수는 작은 입자로서 아주 크고 넓은 표면적을 갖게 되고, 운반기체인 공기와 접촉하여 증발속도가 빠르게 됨으로써 증발효율이 높게 되는 것이다.

삭제

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 무화증기를 이용한 해수의 담수화 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치의 개략적인 구성도이며, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치의 개략적인 구성도이다.

본 발명의 일실시 예에 의한 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 해수를 공급하는 해수공급용 펌프(10)를 구비하고, 상기 해수공급용 펌프(10)에 의해 공급된 해수를 무화시키는 무화증기 발생을 위한 노즐(20)을 구비한다.

또한, 내부에 일정 공간을 형성한 해수증발챔버(30)를 구비하여 공급된 해수가 상기 해수증발챔버(30) 내에서 무화되도록 상기 노즐(20)을 해수증발챔버(30) 내에 구비한다.

한편, 상기 해수증발챔버(30) 내에 무화된 해수를 탈염 증발시키기 위해 운반기체로서 공기를 공급하게 되는데, 이 공기는 가열공기 공급기(40)에 의해 공급된다. 이때 상기 가열공기 공급기(40)는 전기에너지, 태양열에너지, 고주파 장치, 보일러 등에 의해 가열된 해수와 공기로 공급될 수 있으며, 또한 열교환 효율과 에너지 효용성을 위해 상기 해수증발챔버(30)를 태양광 집열기에 의해 가열할 수 있다.

운반기체인 공기는 실온이나 주변의 온도로도 이용될 수 있으나, 가열된 고온의 공기를 사용하면 해수의 증발효과가 훨씬 우수하다. 무화된 해수는 장치의 설계에 따라 공기와 병류 또는 향류 형태로 사용될 수 있다.
그리고 상기 해수증발챔버(30)에 공급되는 공기는 후술하는 응축 열교환기(60)를 거쳐서 밖으로 배출되거나 일부 또는 전부를 재순환하여 운반기체로 사용한다.

해수증발챔버(30)를 포함하는 시스템의 온도는 높을수록 좋으나 100℃ 보다 낮은 온도에서 운전하는 것이 에너지효율면에서 바람직하다. 무화된 해수는 운반기체인 공기에 의해 탈염 함습 배출되므로, 일반 증발과는 달리 저온에서도 증기화가 되기 때문에 에너지 효율성을 높이기 위해 낮은 온도에서의 운전이 가능하다. 또한 운전압력은 통상 상압에서 운전되며, 효율을 높이기 위해 진공 하에서 이루어지게 할 수도 있다. 진공 하에서는 100℃보다 낮은 온도에서 충분한 증발효과를 얻을 수 있다.

상기 해수증발챔버(30) 상부에는 증발된 해수증기가 배출되는 해수증기 배출관(50)을 구비하고, 상기 해수증기 배출관(50)의 일측에는 해수증기를 액화하여 응축하는 응축 열교환기(60)를 구비한다.

상기 응축 열교환기(60)에 의해 담수화된 해수는 담수저장통(70)에 저장되도록 한다.

한편, 상기 해수증발챔버(30) 내에서 해수가 무화되어 운반기체인 공기와 접촉하여 증발되면, 물과 분리된 염분이 발생하게 된다. 이때 결정화된 염분은 상기 해수증발챔버(30) 저면에 쌓이거나, 해수증발챔버(30) 내면의 각 부분에 부착되게 되는데, 이를 인공적으로 용이하게 제거할 수 있도록 염분제거 분사장치를 설치할 수 있으며, 적치된 염분의 제거를 위해 상기 해수증발챔버(30)의 하부가 분리 가능하도록 한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 해수증발챔버(30) 내면에 일정너비를 가진 염분흡착판(80)을 횡방향으로 돌출되도록 다수 구비하여 해수 증발시 염분 흡착율을 높여 해수의 염분 분리율을 상승시킬 수 있도록 한다.

더욱 바람직하게는, 도 3에 도시된 바와 같이 해수증발챔버(30)를 2∼3개의 다단계 증발챔버로 구비하고, 1차 증발된 해수를 곧바로 열교환시키지 않고 재차 가열된 공기에 의해 미증발된 무화 해수를 증발시켜 염분을 분리할 수 있도록 한다. 이렇게 하면 무화된 해수는 고온건조한 공기와 긴 체류시간에 걸쳐 노출되어 무화 해수로부터 수분의 증발이 잘 이루어진다.
또한, 상기 해수증기 배출관(50)에 확산조 또는 사이클론 탈염조를 두어 염분 분리가 효율적으로 향상될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 해수증발챔버(30) 내에서 무화장치에 의해 해수가 무화된다.

이때, 가열 공급기(40)에 의해 가열된 공기를 해수증발챔버(30) 내에 공급하게 되는데, 분무화된 해수는 가열된 공기에 의해 효과적으로 함습 증발되게 되며, 해수증발챔버(30)를 태양광 집열기나 다른 가열장치에 의해 가열함으로써, 열교환과 에너지 효율을 높게 한다.

무화된 해수의 증발로 해수로부터 분리되는 염분은 해수증발챔버(30)의 저면에 쌓이게 되며, 일정량 이상 적재되면 자동으로 염분 제거용 장치(예를 들면 컨베이어)에 의해 배출, 제거된다.

또한, 상기 해수증발챔버(30) 내에서의 해수 증발시, 상기 해수증발챔버(30)의 내면에 횡방향으로 구비된 염분흡착판(80)에 의해 염분이 흡착되는 면적을 넓혀주어 염분 흡착율을 향상시킴으로써, 해수의 탈염율을 향상시킬 수가 있다.

더욱이 본 발명은 해수의 담수화 장치 이외에도 중수도 및 폐수의 재활용의 수처리에도 간편한 설치와 경제적 운전방법으로 적용이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 해수를 무화 장치에 의해 미립자로 무화시키고, 이 가열 무화된 해수를 운반기체인 공기에 의해 함습 증발시킨 다음, 함습된 수분을 열 교환에 의해 물로 응축하는 해수 담수화 장치에 관한 것으로서 장치의 제작비가 저가이고, 유지 관리비용도 저렴하여 경제적 운전이 가능한 방법이다. 또한 종래의 담수화법과 비교하여 해수의 미립화와 운반기체인 공기의 이용으로 증발효율을 대폭 향상시킬 수가 있으며, 해수농도에 구애받지 않고 해수를 담수화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 해수 담수화의 적용뿐만 아니라, 중수도 및 폐수 재활용의 수처리에도 활용할 수 있는 연관 기술적 파급 효과가 크다.

Claims

해수를 증발시켜 담수화하는 해수 담수화 장치에 있어서,

상기 해수를 공급하는 해수공급용 펌프(10)와, 상기 펌프(10)에 연결되어 고압으로 압축된 해수를 무화시키는 노즐(20)과, 상기 노즐(20)에 일측에 장착되고 내부에 일정 공간을 형성한 해수증발챔버(30)와, 상기 해수증발챔버(30) 내에 분무된 해수를 용이하게 증발시키기 위해 운반기체로 사용되는 공기를 가열하기 위한 가열공기 공급기(40)와, 상기 해수증발챔버(30) 상부에 증발된 해수증기가 배출되는 해수증기 배출관(50)과, 해수증기 배출관(50)에 연결되어 해수증기를 액화하여 응축하는 응축 열교환기(60)와, 상기 응축 열교환기(60)에 의해 담수화된 해수를 보관하는 담수저장통(70)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치.
제1항에 있어서,

상기 해수증발챔버(30) 내부에 횡방향으로 돌출되도록 일정너비를 가진 염분흡착판(80)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 해수증발챔버(30)는 다수개로 연결되어 구성되고,

상기 해수증기 배출관(50)에는 확산조 또는 사이클론 탈염조가 장착되는 것을 특징으로 하는 무화증기를 이용한 해수 담수화 장치.