KR100967281B1 - 염수를 탈염하기 위한 방법 및 설비 - Google Patents

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Abstract

염수가 소금물을 담는 수반(1)내에 배치된 열 교환기를 통과하고, 그후, 열 교환기(5)에서 가열된 여수가 여수의 적어도 일부를 증발시키기 위한 증발기를 통과하며, 그후, 이렇게 형성된 증기가 응축기(12)로 도입되어 소금이 제거된 물을 획득하는 염수를 탈염하기 위한 방법 및 설비. 염수를 탈염하기 위한 설비는 열 교환기(5)가 배치되는 소금물을 담은 수반(1)을 포함하며, 탈염된 물을 공급하기 위한 수단(6)이 열 교환기(5)의 입구에 연결되고, 증발기(9)의 출구는 증발기내에서 형성된 수증기를 응축하기 위한 수단(13, 12)에 연결된다.
Figure R1020057009598
염수, 열 교환기, 수반, 응축기, 증발기

Description

염수를 탈염하기 위한 방법 및 설비{METHOD AND PLANT FOR DESALINATING SALT-CONTAINING WATER}
본 발명은 염수를 탈염하기 위한 방법에 관한 것이다.
GB-A-2.016.938호에는 염수를 탈염하기 위한 방법 및 설비가 기술되어 있으며, 여기서, 염수(해수)는 저장조 또는 수반으로부터 인출되어 보일러에 공급되고, 염수의 비등이 수행된다. 상기 보일러로부터, 상기 보일러에서 생성된 증기가 응축을 위해 열 교환기로 전달된다.
US-A-4.328.788호는 수성 용액내에서의 열 저장 및 그로부터의 그 회수를 위한 설비를 기술한다. 열 회수 동안, 요액은 개구, 흡입 배관, 매니폴드 및 추가 배관을 통해 수반의 영역으로부터 인출되어 상기 수반 외측의 열 교환기에 공급된다. 그후, 상기 용액은 상기 수반으로 재순환된다.
US-A-4.328.788호에서는 염수를 탈염하는 것에 대한 어떠한 암시도 발견되지 않는다.
본 발명의 목적은 단순한 수단을 사용하여 효율적인 방식으로 소금이 물로부터 제거될 수 있는 방법을 얻는 것이다.
본 발명에 따라서, 이 목적은 염수를 탈염하기 위한 방법에서 달성되며, 이 방법에서, 염수는 수반내에 상하로 배치된 다수의 물의 층에 의해 형성되어 있는, 소금물을 담고 있는 수반내에 배치되어 있는 열 교환기를 통과하고, 물의 층 각각은 그 위에 존재하는 층 보다 높은 소금 함량을 가지며, 상기 소금물은 태양 에너지에 의해 가열되고, 열 교환기는 높은 온도를 가지는 최하부 물의 층에 배치되고, 열 교환기에서 가열된 염수는 염수의 적어도 일부를 증발시키기 위한 증발기를 통과하고, 그후, 결과적으로 형성된 증기가 응축기로 도입되어 소금이 제거된 물을 획득한다.
본 발명에 따른 방법을 사용할 때, 수반내에 형성되어 있는 비교적 높은 소금 함량을 갖는 소금물의 층이 태양으로부터의 방사선의 영향하에 비교적 높은 온도까지 가열된다는 사실을 이용한다. 높은 온도를 가지는 상기 소금물 층내에 배치된 열 교환기를 사용하면, 염수는 저렴한 방식으로 가열될 수 있고, 후속하여 증발기에 공급될 수 있으며, 이 증발기에서 소금이 없는 수증기가 형성되고, 이 수증기는 후속하여 응축 프로세스를 받게 된다.
따라서, 적어도 실질적으로 단지 태양 에너지만으로 동작하는 방법이 얻어지며, 이는 염수의 저렴하고, 효과적인 탈염을 달성할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 태양은 상술된 바와 같은 방법을 수행하기에 특히 적합한 염수를 탈염하기 위한 설비에 관련하며, 이 설비는 수반내에 상하로 배치된 다수의 물의 층에 의해 형성된 소금물을 담고 있는 수반을 포함하고, 물의 층 각각은 그 위에 존재하는 층 보다 높은 소금 함량을 가지면서 태양 에너지에 의해 가열되고, 최하부 물의 층내에 열 교환기가 배치되며, 탈염될 물을 공급하기 위한 수단이 열 교환기의 입구에 연결되고, 증발기의 입구가 열 교환기의 출구에 연결되며, 증발기의 출구는 증발기내에 형성된 수증기를 응축하기 위한 수단에 연결된다.
본 발명을 사용하여, 물을 탈염하기 위한 단순하고 효과적인 설비가 얻어지며, 이 설비는 자동으로, 특히, 비감시상태로 동작할 수 있다.
본 발명을 첨부된 개략적인 도면을 참조로 보다 상세히 후술한다.
도1은 본 발명에 따른 설비를 개략적으로 도시한다.
도2는 각각 서로 다른 소금 함량을 가지는 3개 층이 수반내에 존재하는, 도1에 도시된 설비에 사용되는 수반의 일부를 개략적으로 도시한다.
도3은 수반에 염수를 공급하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다.
도4는 수반의 일부 위로 좁은 통로가 연장하는, 도1에 도시된 설비에 사용되는 수반의 일부를 개략적으로 도시한다.
도5는 도4의 개략적인 상면도이다.
도1에 도시된 설비는 수반(1)을 포함하며, 그 저면측은 적어도 약 2m 만큼 기저 수위(2)로부터 이격되어 있다.
수반(1)의 상부측 부근에서, 배관(3)이 수반(1)내로 개구하고, 이 배관을 경유하여, 염수, 특히, 해수가 수반내로 펌핑될 수 있다.
또한, 수반(1) 부근에 피트(pit)(4)가 존재하며, 이 피트는 적어도 기저 수위 또는 해수 수위로, 탈염될 물, 특히 해수로 충전되어 유지된다. 피트(4)가 적어도 부분적으로 해수 수위 아래로 연장할 때, 해수는 펌프의 사용 등을 필요로 하지 않고 자동으로 피트(4)내로 흐를 수 있다.
열 교환기(5)는 수반내에서, 그 저면 부근에 배치되며, 이 열 교환기에 피트(4)로부터의 물이 배관(6)을 경유하여 공급된다. 효율적인 실시예에서, 배관(6)의 일 단부에 연결되어 있는, 피트(4)내에 배치된 플런저 펌프(7)가 이 목적을 위해 사용되지만, 물론, 피트(4)로부터 탈염될 물을 열 교환기(5)로 펌핑하기 위한 다른 수단도 사용될 수 있다.
열 교환기(5)의 출구에는 배관(8)이 연결되며, 이를 경유하여 열 교환기(5)를 통과한 탈염될 물이 공지되어 있는 증발기(9)에 공급될 수 있다. 증발기에 공급되는 물이 이미 약 30℃ 만큼 낮은 온도로부터 증발될 수 있게 하는 소위 저온 증발기가 사용되는 것이 바람직하다.
효율적인 실시예에서, 흐름 가열기(10)가 배관(8)내에 배치되고, 그에 의해, 열 교환기(5) 내외로 흐르는 물이 추가로 가열될 수 있다.
증발기(9)의 상단부는 배관(11)을 경유하여 응축기(12)의 상단부에 연결되고, 또한, 팬(13)이 증발기내에 형성된 증기를 수송하기 위해 배관(11)에 장착된다.
냉각 유닛(14)은 응축기에 공급되는 수증기를 냉각시키기 위해 응축기(12)에 연결될 수 있다.
응축기(12)의 저면측 부근에는 펌프(15)가 존재하며, 그에 의해, 물이 응축기(12)내에서 응축되고, 그로부터 제거된 소금이 배관(16)을 경유하여 배출될 수 있다.
증발기(9)의 저면측에는 배수배관(17)이 연결되어 있으며, 이를 경유하여, 증발기(9) 뒤에 남아있는 잔류수가 바다로 배출 및/또는 중간 배관(18)을 경유하여 열 교환기(5)로 반환될 수 있다.
배관(16)은 보다 뜨거운 응축된 물로부터 열을 빼앗아감으로써 피트내에 존재하는 탈염될 물을 예열하기 위해 사용되는 피트(4)내에 배치된 열 교환기(19)에 연결된다. 열 교환기(9)의 출구는 배관(20)을 경유하여 탈염된 물을 위한 수집 수반(21)에 연결된다.
수반(1)은 지면에 매설되는 것이 바람직하지만, 이런 수반이 지면상에 건설되는 것도 고려할 수 있다.
수반은 적어도 약 3m의 깊이를 가지는 것이 바람직하며, 수반의 기립벽은 약 45°의 각도로 경사지는 것이 바람직하다. 도2에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 수반의 저면벽 및 측벽은 지면의 특성이 필요로 할 경우, 약 10cm의 두께를 가지는 모래층(22)으로 덮혀질 수 있다. 후속하여, 수반(1)의 저면 및 경사벽은 물이 그를 통해 침투하지 못하는 방식으로 전체적으로 저면 및 측벽을 포일이 덮는 상태로, 포일, 바람직하게는 흑색 포일로 덮혀지는 것이 바람직하다.
이때, 수반은 약 1m의 높이 및 약 24%의 소금 함량을 가지는 물의 하부층(23), 약 1m의 높이 및 약 15%의 소금 함량을 가지는 물의 중간층(24) 및 약 1m의 높이와 0-4%의 소금 함량을 갖는 물의 상부층(25)이 형성되는 방식으로, 소금물로 충전된다.
각각 서로 다른 소금 함량을 가지는 물의 층의 형성은 도3에 개략적으로 도시된 장치(26)를 사용하여 효과적인 방식으로 수행될 수 있으며, 이런 장치 중 두 개가 수반의 일 측부로부터 수반의 일부 위로 연장하는 좁은 통로(27)의 자유 단부에 연결되고, 이 좁은 통로는 보호레일(28)을 구비하는 것이 바람직하다.
장치(26)는 수직 튜브(29)를 포함하며, 이는 좁은 통로(27)에 고착된 지지부(30)내에서 수직방향으로 이동할 수 있다. 서로 평행하게 연장하는 두 개의 수평, 원형 판(31, 32)이 튜브의 저면 단부에 부착되며, 이 판은 상호 연결되어 판 사이에 배치된 스페이서(33)에 의해 이격 유지되어 있다. 상부 디스크(31)는 예로서, 약 100cm의 직경을 가질 수 있으며, 하부 디스크(32)는 예로서 약 80cm의 그 보다 다소 작은 직경을 가질 수 있고, 스페이서는 판을 약 3cm 이격 유지하는 것이 바람직하다.
판(31, 32)은 지지부(30)내에서 튜브(29)를 이동시킴으로써, 수반(1) 내측의 소정의 원하는 레벨에 위치될 수 있다.
설비가 동작하게 될 때, 수반(1)은 먼저 약 1.8m의 높이로 해수 등으로 충전된다.
그후, 장치(26)가 판(31, 32)이 수반내에 존재하는 열 교환기(5) 바로 위에 위치되는 방식으로 배열된다. 이어서, 높은 소금 함량을 가지는 물이 각 장치(26)의 배관의 상단부(29)에 공급되고, 이 물은 수반내에 이미 존재하는 물에 소정의 바람직하지 못한 난류를 발생시키지 않는 상태로, 도3에 화살표로 표시된 바와 같이, 배관(29)으로부터 수반내로 판(31, 32) 사이에서 수평 방향으로 고르게 흐른다. 이 방식으로, 높은 소금 함량을 가지는 층(23)이 약 1m의 높이로 수반내에 구축될 수 있으며, 물 레벨은 약 1.8m의 원래 수위로부터 약 2.8m의 수위로 상승한다. 그후, 두 장치(26)가 판(31, 32)이 약 1.8m의 거리 만큼 수반(1)의 저면으로부터 이격 배치되어 있는 위치까지 상향 이동한다. 이 위치에서, 적절한 소금 농도를 가지는 물이 다시 약 15%의 소금 함량을 가지는 제2 층(24)을 형성하기 위해 수반으로 공급되며, 결과적으로, 수반내의 수위는 약 3m의 수위까지 상승한다.
실제로, 그 소유의 특정 소금 함량을 각각 가지는 각 층(23-25)의 비중값으로 인해 다양한 층 사이에 매우 적절한 경계면이 형성되며, 이 인터페이스는 외부적 영향에 의한 교란시에도 자동으로 복원된다.
이렇게 충전된 수반이 태양으로부터의 방사선에 노출될 때, 태양열은 높은 소금 함량을 가지는 하부층의 온도가 상승하게 하고, 이 온도는 그후 유지된다. 실제로, 하부층(23)의 온도는 하루에 약 1°만큼 상승할 수 있으며, 적시에, 약 80℃의 온도가 상기 하부층에 달성될 수 있다는 것은 명백하다. 예로서, 40 x 50m의 베이스를 가지는 수반의 경우에, 약 2000m2의 면적을 덮는 약 24%의 소금 함량을 가지는 고온 소금물 층(23)이 얻어진다.
중간층(24)은 단열층으로서 기능하며, 상부층(25)을 경유하여 태양열을 흡수하여 하향 전달한다.
하부층(23)이 이렇게 원하는 온도로 가열된 이후, 펌프(7)가 피트(4)로부터 열 교환기를 통해 증발기로 물을 펌핑하기 위해 작동될 수 있다. 열 교환기는 층(23)으로부터 열을 빼앗으며, 그래서, 열 교환기로부터 배출된 물이 층(23)의 물의 온도와 거의 같은 온도를 갖게 된다. 필요시, 상기 온도는 흐름 가열기(10)에서 추가로 증가될 수 있다. 이렇게 증발기(9)에 공급된 물은 대량으로 증발하며, 후속하여, 증기가 응축기에 공급된다. 비교적 높은 소금 함량을 갖는 잔류수가 상술된 바와 같이, 배관(17)을 경유하여 배수될 수 있다.
응축기(12)에 공급된 수증기는 응축기내에서 증발하며, 이렇게 형성된 탈염된 물은 상술된 바와 같이, 펌프(15)에 의해 응축기(12)로부터 배수될 수 있다. 피트(4)내에 존재하는 물은 응축된 물로부터의 잔류 열에 의해 이미 예열되며, 그래서, 열 교환기(5)에 공급되는 물의 온도는 피트에 공급되는 해수의 온도 보다 이미 높을 수 있다.
수반(21)에 공급된 탈염된 물은 필요시 사용 이전에 추가 처리를 받을 수 있다.
설비의 동작은 단지 작은 에너지만을 필요로 하며, 이 에너지는 펌프(7, 15) 및 흐름 가열기(10)를 구동하기 위해 필요하다. 이 에너지는 예로서, 윈드밀에 의해 발생될 수 있지만, 이 목적을 위한 태양 집광판 등을 사용하는 것도 고려할 수 있다. 발생된 에너지는 윈드밀을 구동하기 위한 바람이 없는 기간 및/또는 태양 집광판이 충분한 에너지를 발생시킬 수 없는 기간 동안의 사용을 위해 배터리에 저장될 수 있다.
도2에 추가로 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 소위 웨이브 브레이커(34)(단지 개략적으로만 도시)가 수반의 표면에 형성되는 바람직하지 못한 웨이브를 방지하기 위한 목적을 위해, 수반(1)의 상부측 부근에 제공될 수 있다.
또한, 센서(35, 36)가 다양한 층의 소금 함량을 측정하고, 수반내이 다양한 층의 온도를 측정하기 위해 도4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 예로서, 좁은 통로(27)상에 제공될 수 있다.
또한, 공기 온도를 측정하기 위한 게이지와, 윈드밀이 사용되는 경우에는 풍속을 측정하기 위한 게이지가 제공될 수 있다. 다양한 센서 및 게이지는 예로서, 윈드밀을 작동 및/또는 비작동시키고, 윈드밀의 블레이드를 조절하는 등 윈드밀을 제어하고, 펌프(7, 15)를 작동시키는 것 같은 설비의 동작을 제어하기 위한 중앙 제어 유닛에 연결될 수 있다.
상술된 바로부터, 미소한 정비를 필요로하며, 적은 에너지를 소비하는 설비가 얻어지는 것이 명백하며, 이 에너지는 또한 윈드밀 또는 태양 집광기 등에 의해 발생될 수 있다.

Claims (9)

  1. 염수를 탈염하기 위한 방법이며,
    염수는 수반내에 상하로 배치된 다수의 물의 층에 의해 형성되어 있는, 소금물을 담고 있는 수반내에 배치되어 있는 열 교환기를 통과하고, 물의 층 각각은 그 위에 존재하는 층 보다 높은 소금 함량을 가지며, 상기 소금물은 태양 에너지에 의해 가열되고, 열 교환기는 높은 온도를 가지는 최하부 물의 층에 배치되고, 열 교환기에서 가열된 염수는 염수의 적어도 일부를 증발시키기 위한 증발기를 통과하고, 그후, 결과적으로 형성된 증기가 응축기로 도입되어 소금이 제거된 물을 획득하는 염수를 탈염하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 약 24%의 소금 함량을 가지는 물의 하부층, 약 15%의 소금 함량을 가지는 물의 중간층 및 0-4%의 소금 함량을 갖는 물의 상부층이 수반내에 형성되는 것을 특징으로 하는 염수를 탈염하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, 각 물의 층은 약 1m의 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 염수를 탈염하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 탈염될 물은 물을 담고 있는 피트로부터 수반내에 배치된 열 교환기로 공급되고, 피트내에 열 교환기가 배치되며, 그를 통해 응축된 물이 통과하는 것을 특징으로 하는 염수를 탈염하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 증발기내에서 형성된 수증기는 응축기내에서 응축 프로세스를 받게 되며, 응축기에는 응축기에 냉각된 공기를 공급하기 위한 냉각기가 연결되는 것을 특징으로 하는 염수를 탈염하기 위한 방법.
  6. 염수를 탈염하기 위한 설비이며,
    수반내에 상하로 배치된 다수의 물의 층에 의해 형성된 소금물을 담고 있는 수반을 포함하고, 물의 층 각각은 그 위에 존재하는 층 보다 높은 소금 함량을 가지면서 태양 에너지에 의해 가열되고, 최하부 물의 층내에 열 교환기가 배치되며, 탈염될 물을 공급하기 위한 수단이 열 교환기의 입구에 연결되고, 증발기의 입구가 열 교환기의 출구에 연결되며, 증발기의 출구는 증발기내에 형성된 수증기를 응축하기 위한 수단에 연결되는 염수를 탈염하기 위한 설비.
  7. 제6항에 있어서, 피트를 포함하고, 탈염될 해수가 피트에 공급되며, 피트로부터 수반내에 배치된 열 교환기로 해수가 전달되는 것을 특징으로 하는 염수를 탈염하기 위한 설비.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 증발기는 응축기에 연결되고, 설비는 응축기에서 응축된 물을, 물을 위한 수용 수반으로 전달하기 위한 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 염수를 탈염하기 위한 설비.
  9. 제4항에 있어서, 증발기내에서 형성된 수증기는 응축기내에서 응축 프로세스를 받게 되며, 응축기에는 응축기에 냉각된 공기를 공급하기 위한 냉각기가 연결되는 것을 특징으로 하는 염수를 탈염하기 위한 방법.
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