KR100749223B1 - 다단 증발법에 의한 해수 담수화 설비의 증발기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발기의 크기를 증가시키지 않고 단의 수를 증가시킴으로써, 증발기의 효율을 향상시킬 수 있는 증발기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다단 증발법(Multi-Stage Flash type)에 의한 해수 담수화 설비의 증발기는, 증발실을 2부분으로 나누는 제1격막, 및 튜브 번들(tube bundle)을 2부분으로 나누는 제2격막을 포함하며, 상기 제2격막은 증기가 유입되는 쪽의 튜브 번들의 폭이 증기가 유출되는 튜브 번들의 폭보다 넓게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

담수화, 증발기, 열교환

Description

다단 증발법에 의한 해수 담수화 설비의 증발기 {Multi-Stage Flash Evaporator}

도 1은 종래의 해수 담수화 설비의 증발기의 주요 사시도이다.

도 2는 도 1의 증발기의 일 단(stage)의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 해수 담수화 설비의 증발기의 일 단의 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10...증발실, 101...제1증발실,

102...제2증발실, 103...제1격막,

106...제2격막, 107...제3격막,

108...비응축가스 배출관, 109,110...디미스터,

104...제1튜브번들, 105...제2튜브번들.

본 발명은 다단 증발법(MSF, Multi-Stage Flash type)에 의한 해수 담수화 설비에 사용되는 증발기(evaporator)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 증발기의 내부에 구비된 열교환 튜브의 배열 구조에 관한 것이다.

다단 증발법에 의한 해수 담수화 설비에 있어서 증발기는, 증기의 열에너지를 이용하여 가열된 해수로부터 연속적인 증발 및 응축의 과정을 통하여 담수를 분리하는 것으로서, 상기 증발기는 여러 개의 단(stage)으로 구성되며, 각각의 단은 열교환 튜브, 디미스터(demister), 및 증발실(flash chamber)로 구성되어 있다.

도 1은 이러한 종래의 증발기(1)의 일부를 나타낸 것으로서, 각 증발실의 바닥으로는 해수 가열기(brine heater, 미도시)로부터 가열된 해수가 제1단 증발실(10)로부터 다음 단의 증발실(20)로 순차적으로 흐르면서 증발하여 증기를 발생시키며, 발생한 증기는 증발실의 내부 상측에 배열된 복수의 열교환 튜브(60)에 의하여 응축되어 담수가 얻어지게 된다.

상기 열교환 튜브(60)의 내부를 흐르는 냉각용 해수는 증발실 바닥을 흐르는 가열된 해수의 흐름 방향과는 반대방향으로 흐른다. 즉, 냉각용 해수는 제4단 증발실로부터 제3,2,1단 증발실 쪽으로 순차적으로 흐른 후, 상기 해수 가열기로 들어가 가열된 다음, 다시 제1단 증발실 바닥으로 유입되는 순환과정을 반복하게 된다.

도 2는 이러한 종래의 증발기의 일 단의 측면도로서, 증발실에서 증발된 증기가 디미스터(30)를 통과한 후, 열교환 튜브번들(tube bundle)(60)을 거쳐 응축되고, 일부 미응축된 증기가 배기되는 모습을 보여주고 있다.

이와 같은 종래의 증발기에서는 열효율을 향상시키기 위해서는 증발기의 단 의 수와 전열면적을 늘려야 한다. 이것은 증발기의 크기를 증가시켜, 결과적으로 증발기의 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다. 또한, 증발기에 해수를 공급하는 각종 펌프들의 용량확대가 필요하게 되며, 설치비용 및 운영비용의 증가를 초래하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 비응축 가스의 제거가 힘들고, 튜브번들의 형상이 직사각형으로 튜브번들 내부로 유입되는 증기의 분포 손실(distribution loss)이 큰 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존 증발기의 크기를 증가시키지 않고 단의 수를 증가시킴으로써, 증발기의 효율을 향상시킬 수 있고, 또한 증기의 분포 손실을 감소시킬 수 있는 증발기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다단 증발법(Multi-Stage Flash type)에 의한 해수 담수화 설비의 증발기는, 증발실을 2부분으로 나누는 제1격막, 및 튜브 번들(tube bundle)을 2부분으로 나누는 제2격막을 포함하며, 상기 제2격막은 증기가 유입되는 쪽의 튜브번들의 폭이 증기가 유출되는 튜브번들의 폭보다 넓게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 튜브번들의 내부에 제3격막을 더 구비하며, 상기 제2격막 및 상기 제3격막에 의하여 비응축 가스 배출용 배기관이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 2부분으로 나누어진 상기 튜브번들의 형상은 각각 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 해수 담수화 설비의 증발기에서 증발실의 단면을 나타내는 도면이다.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 해수 담수화 설비의 증발기는 제1격막(103) 및 제2격막(106)을 구비하고 있다.

상기 제1격막(103)은 증발실(10)을 2부분(101,102)으로 나누며, 그 하부는 개방되어 있어, 해수 가열기(미도시)로부터 가열되어 상기 증발실(10)로 유입된 해수가 제1증발실(101)로부터 제2증발실(102)로 흐르도록 되어 있다.

상기 제2격막(106)은 튜브번들을 2부분(104,105)으로 나눈다. 여기서, 상기 제2격막(106)은 증기가 유입되는 쪽의 튜브번들의 폭이 증기가 유출되는 튜브번들의 폭보다 넓도록 형성되어 있다. 2부분으로 나누어진 상기 튜브번들의 형상은 각각 사다리꼴 형상인 것이 바람직하다.

한편, 상기 제2격막(106)에 인접하여 설치되어 있는 제3격막(107)에 의하여 배기관(108)이 상기 튜브 번들의 내부에 형성되며, 상기 배기관(108)은 증발된 해수 중에서 응축되지 않고 잔존하는 일부 비응축 가스를 배출하는 데 사용된다.

이하에서는, 도 3을 참조하여, 상기한 바와 같은 구성을 가진 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

해수 가열기를 통하여 가열된 해수는 제1증발실(101)로 흘러 들어오며, 가열 된 해수로부터 발생한 증기는 제1디미스터(109)를 통과한다. 상기 제1디미스터(109)를 통과한 증기는 제1튜브번들(104)을 폭이 넓은 쪽으로부터 폭이 좁은 쪽으로 통과하면서 응축되게 된다. 즉, 사다리꼴 형상인 상기 제1튜브번들(104)을 긴 변 방향으로부터 짧은 변 방향으로 통과하면서 응축되게 되는 것이다.

이때, 상기 제1디미스터(109)를 통과한 증기가 상기 제1튜브번들(104)의 전방에서 종래의 증발기에 비하여 많이 응축되어, 후방으로 갈수록 상기 제1튜브번들(104)과 접촉하는 증기의 양이 전방에 비하여 상대적으로 적어지는 관계로, 결과적으로 증기의 분포 손실이 감소하게 되는 것이다. 다시 말해, 직사각형으로 균일하게 형성되어 있는 튜브번들을 구비하고 있는 종래의 증발기에서는 디미스터를 통과한 증기 중 소정 비율, 예컨대 10%가 튜브번들의 전방에서 응축된다면, 본 발명에서는 튜브번들을 사다리꼴로 형성하여 그 접촉면적을 넓혀 줌으로써 디미스터를 통과한 증기 중, 종래의 증발기에서보다 더 많은 비율인, 예컨대 15%가 튜브번들의 전방 부위에서 응축되도록 설정할 수 있다.

따라서, 종래의 증발기에서는 나머지 90%가 튜브번들의 후방 부위로 향하는 반면에, 본 발명에서는 나머지 85%만 튜브번들의 후방 부위로 향하게 되므로, 본 발명에서는 압력 증가에 의한 증기의 분포 손실이 종래의 증발기에 비하여 감소하게 되는 것이다.

한편, 여기서 응축되지 않은 일부 비응축 가스는 상기 튜브번들 내부를 통하여 배출된다.

마찬가지로, 제2디미스터(110)를 통과한 증기도 상술한 바와 같은 방식으로 응축된다. 즉, 해수는 제1증발실(101)을 통하여 제2증발실(102)로 흘러 들어오며, 제2증발실(102)의 해수로부터 발생한 증기는 제2디미스터(110)를 통과한다. 그리고 상기 제2디미스터(110)를 통과한 증기는 제2튜브번들(105)을 폭이 넓은 쪽으로부터 폭이 좁은 쪽으로 통과하면서 응축되게 된다.

한편, 여기서 응축되지 않은 일부 비응축 가스는 제2격막(108) 및 제3격막(107)에 의해 형성된 비응축 가스 배출관(108)을 통과하여 원활하게 배출되게 된다.

결국, 본 발명에 따른 증발기에서는 상술한 구성에서 알 수 있는 바와 같이, 각각의 증발실(10)이 실질적으로 2개의 단(stage)의 기능을 수행하게 되는 것이다.

상기한 바와 같은 구성을 가진 본 발명에 의하면, 기존 증발기의 전체 크기를 증가시키지 않고 단의 수를 2배로 늘임으로써, 증발기의 효율을 향상시키고, 담수 생산비용을 절감할 수 있다.

또한, 증기가 유입되는 쪽의 튜브번들의 폭이 증기가 유출되는 튜브번들의 폭보다 넓게 형성함으로써, 증기의 분포 손실(distribution loss)을 줄일 수 있고, 이를 통하여 열효율의 향상을 꾀할 수 있다.

또한, 튜브번들의 내부에 비응축 가스 배출관을 형성함으로써, 비응축 가스의 배출을 원활하게 할 수 있다.

또한, 담수를 상부 튜브 번들과 하부 튜브 번들에서 분리하여 추출함으로써, 유체의 정체를 최소화하여 담수 받이(Distillate Trough)의 부식을 방지할 수 있 다.

Claims (3)

1. 다단 증발법(Multi-Stage Flash type)에 의한 해수 담수화 설비의 증발기에 있어서,

   증발실을 2부분으로 나누고, 하부는 개방되어 있는 제1격막, 및

   튜브번들(tube bundle)을 2부분으로 나누는 제2격막

   을 포함하며,

   상기 제2격막은 증기가 유입되는 쪽의 튜브번들의 폭이 증기가 유출되는 튜브번들의 폭보다 넓게 형성되어 있는 것

   을 특징으로 하는 해수 담수화 설비의 증발기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 튜브번들의 내부에 제3격막을 더 구비하며, 상기 제2격막 및 상기 제3격막에 의하여 비응축 가스 배출용 배기관이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비의 증발기.
3. 제1항에 있어서,

   2부분으로 나누어진 상기 튜브번들의 형상은 각각 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비의 증발기.

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