KR101109533B1 - 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 쉘 및 튜브형 저압 증발식 해수 담수기에 있어서, 증발부 내에서 해수를 가열하여 증발시킨 후, 증발되어 담수가 된 해수를 응축부에서 응축하여 외부로 배출하되, 상기 증발부 내에는 쉘의 내부를 제 1, 2공간으로 구획하되 일자 형태의 단면형상을 가지며 직립설치되는 분리막이 설치되도록 하며, 상기 분리막의 최상단에는 등간격 이격배치되는 절개홈을 다수개 형성하여, 상기 절개홈 부분까지 채워지는 해수는 제 2공간으로 넘어가도록 함으로써 상기 제 1공간에 채워지는 해수의 수두 높이가 낮게 유지되어 해수 담수기의 초기 작동이 빨라지도록 함과 동시에, 상기 제 1공간에서 증발되지 못하고 제 2공간으로 끊어 넘치는 해수 및 해수의 기포는 제 2공간 내에 망 형태로 지그재그 배치도는 다수개 트레이에 접촉되면서 증발되도록 한 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기에 관한 것이다.

저압 증발식, 해수 담수기, Shell ＆ Tube, 조수기, 열교환기

Description

증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기{Sea Water Desalting Device by Low Pressure Evaporation Improved Evaporation Performance}

본 발명은 해수를 담수화하는 저압 증발식 해수 담수기에 관한 것이다.

해수 담수기 및 조수기는 해수를 증류시켜 담수를 만드는 장치로써, 육상용 및 해양플랜트 및 선박에서 보일러용수나 음용수, 잡용수를 확보하기 위해 해수를 증류시키는 선박용으로 많이 사용된다.

이러한, 해수 담수기 및 조수기에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 증발부가 Shell ＆ Tube 타입을 가지게 되는 경우, 보통 증발부(100)가 해수에 담가져 있고 해수(a) 수두 높이에 따라 초기 작동과 성능에 영향을 줄 수 있다.

물론, 증발부가 상기 Shell ＆ Tube 형과 달리 판형의 타입을 가지게 되는 경우에는, 다수의 판 부재 사이에 있는 해수 용량이 적기 때문에, 가열수가 흐르게 되면 곧바로 해수가 증발되어 초기 작동이 빠르지만, 상기와 같은 Shell ＆ Tube 타입의 경우에는 해수량이 많아 초기 작동이 느리고 에너지 손실이 크다는 문제점이 있었다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 분리막(103)에 의해 형성된 해수 저장공간(d) 에 해수가 넘칠 정도로 가득 채워지기 때문에 그만큼 해수(a)를 가열하기 위한 시간 및 에너지가 더 요구되는 것이며, 더불어, 해수(a)가 넘치지 않도록 하기 위해, 상기 분리막(103)의 상단에서 해수 저장공간(d)을 향해 소정각도로 절곡되는 절곡부(104)를 별도로 형성하여 해수(a)의 수위를 단속해야만 했으며, 상기 해수 저장공간(d)에서 증발되지 못하고 넘치게 되는 해수(a) 및 해수의 기포(c)는 별다른 조치 없이 이젝터 펌프 등의 구성요소를 통해 곧바로 배출부(105)를 통해 배출된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 Shell ＆ Tube형을 가진 저압 증발식 해수 담수기의 경우, 증발기 내에 절개홈이 형성된 분리막을 설치하여, 상기 증발기에서 증발시키고자 하는 해수의 수두 높이가 낮게 유지되도록 함으로써, 초기 작동 시간을 단축시키고, 불필요한 에너지의 손실을 방지하도록 함과 동시에, 증발기 내에서 증발되지 못하고 끊어 넘쳐 외부로 배출되는 해수 또한 배출 전 다수개의 트레이와 접촉되면서 증발되도록 하여 해수의 증발 성능이 향상되도록 한 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 저압 증발식 해수 담수기에 있어서, 내부에 빈 공간을 형성하는 쉘과, 상기 쉘 내부에 해수가 저장되는 공간을 형성하기 위해, 상기 쉘 내부를 제 1, 2공간으로 구획하기 위해 설치되는 분리막과, 해수가 채워지는 제 1공간에 내입되되, 고온수가 내부를 유동되도록 하여, 상기 고온수에 의해 상기 해수가 가열되어 증발되도록 하는 고온수 유동튜브와, 상기 제 2공간에 지면과 수평을 이루며 등간격 이격배치되는 다수개의 트레이,로 이루어지는 증발부와; 상기 증발부에서 증발되어 담수가 된 해수를 응축시켜 외부로 배출시키는 응축부; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분리막은 '│'(일자) 단면 형상을 가지며 상기 쉘 내부에 직립설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분리막은 상기 제 1공간에 채워지는 해수의 수두 높이를 분리막 길이보다 상대적으로 낮게 유지하기 위해, 상단부에 다수개의 절개홈을 상호간 등간격을 이루며 형성함으로써, 상기 제 1공간에서 절개홈 부분에 채워지는 해수는 상기 절개홈을 통해 제 2공간으로 넘어가도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제 1공간에는 해수가 제 1공간 내에 3/5 내지 2/3만큼만 채워지도록 하여, 해수 담수기의 초기 작동이 빨라지도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 트레이는 망 형상으로 형성되어, 상기 제 1공간에서 넘어오는 해수가 제 2공간 하단에 형성된 배출부를 통해 배출되도록 하는 것을 특징으로 한다. 상기 트레이는 상기 배출부를 향해 지그재그 형태로 이격 배치되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 트레이는 상기 제 1공간 내에서 해수가 끊기 시작하며 기포가 발생되는 핵비등이 일어나게 되면, 증기의 기공률에 의해 증발되지 못하고 제 2공간으로 넘치는 해수가 상기 다수개의 트레이를 통과하거나 또는 트레이 상면에 접촉되면서 증발되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고온수 유동튜브는 상기 제 1공간 내부에서 '⊂'자 형태로 절곡되어 복수의 열을 이루도록 하며, 상기 복수개의 열 사이에는 상호간을 연결하는 다수개의 배플을 등간격 이격시키며 배치함으로써, 상기 제 1공간 내에서 고온수 유동튜브의 전열면적을 증대시키고 규칙적인 비등현상으로 액적 발생이 줄어들도록 하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 해수 담수기의 증발부 내에 채워지는 해수의 수위를 낮게 유지함으로써 초기 작동을 빠르게 하고, 에너지 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 증발부 내에서 핵비등이 일어나면 증기의 기공률 때문에 증발되지 못하고 끊어 넘어 외부로 배출되는 해수의 일부가, 배출 전 다수의 트레이와 접촉되면서 증발이 촉진되도록 함으로써, 해수 담수기 내 전체적인 증발 성능이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 고온수 유동튜브에는 상호간 등간격을 이루며 배치되는 다수개가 배플을 설치하여, 상기 고온수 유동튜브의 전열면적을 증대시키고, 복수개로 배열되는 상기 고온수 유동튜브를 위치 고정시킴과 동시에, 균일한 비등현상이 발생되도록 하여 담수량 증대 및 담수의 순도를 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기를 상세히 설명하도록 한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담 수기는 쉘(Shell, 10), 분리막(20, Wier(위어)), 고온수 유동튜브(30), 배플(Baffle, 31), 트레이(Sieve Tray, 40), 증발부(50), 응축부(60)를 포함한다.

우선, 본 발명이 해수 담수기는 증발부(50)와 응축부(60)로 나누어지며, 상기 증발부(50) 내에 해수(S)를 채운 후, 상기 해수(S)를 가열하여 증발시키며, 증발되어 담수가 된 해수는 상기 증발부(50) 상단에 위치되어 있는 응축부(60)로 이동되어, 상기 응축부(60) 내 응축수가 유동되는 별도의 관에 의해 응축되어 외부로 배출되는 것이다.

상기와 같은 응축부(60)의 구성은 증발된 해수를 응축하기 위한 수단이라면, 사용자의 선택에 의해 다양하게 상기 응축부(60)를 구성할 수 있음은 당연하다.

상기 증발부(50)는 전술된 바와 같이, 해수(S)를 저장한 후, 저장된 해수(S)를 가열하여 증발시키기 위한 곳으로, 후술 될 쉘(10), 분리막(20), 고온수 유동튜브(30), 트레이(40)로 이루어진다. (이는 하기에서 상세히 설명하도록 한다.) 또한, 상기 증발부(50)의 상단에는 응축부(60)가 연통연결되도록 하여, 상기 증발부(50)에서 증발된 해수가 응축되도록 한다.

상기 쉘(10)은 도 2에 도시된 바와 같이, 증발부(50)의 하우징 역할을 하는 곳으로, 상기에서 나열한 다수의 구성요소들이 내부에 설치되도록, 내부에 빈 공간을 형성하도록 한다.

또한, 상기 쉘(10)의 하단 즉, 후술 될 제 2공간(22)의 하단에는 끊어 넘친 해수 및 증발되지 못하고 증발부(50) 내에서 식어 해수가 된 수증기가 배출되는 배출부(23)가 형성되어 있다.

상기 분리막(20)은 도 2에 도시된 바와 같이, '│' 자(일자) 단면 형상을 가지는 것으로, 상기 쉘(10) 내부에 직립설치되어 쉘(10) 내부를 제 1, 2공간(21, 22)으로 구획하는 것이다.

물론, 상기 분리막(20)은 쉘(10) 내부를 복수개로 구획하는 것이지만, 궁극적인 목적은 상기 증발부(50) 내에 해수(S)가 저장될 수 있는 저장공간을 형성하기 위함이다.

본원발명에서는 제 1공간(21)에 해수(S)를 저장하도록 하였다.

또한, 본 발명의 분리막(20)의 상단에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 길이방향을 향해 다수개의 절개홈(24)이 파여지도록 하는데, 상기 다수개의 절개홈(24)은 상호간 등간격을 이루며 형성되도록 한다. (본 발명에서는 상기 절개홈(24)의 간격(D)을 2 내지 3mm로 하였지만, 이는 사용자에 의해 다양하게 변경될 수 있음이다.)

다시 말해, 상기 분리막(20)은 증발부(50) 내에 해수(S)가 채워지도록 하되, 상기 제 1공간(21) 내에 채워지는 해수(S)의 수두 높이(수위, H)를 일정수준까지 유지하도록 하는 것으로, 본 발명에서는 초기 작동시, 해수(S)가 제 1공간(21) 내에 3/5(0.6) 내지 2/3 수위로 채워지도록 하며, 해수(S)가 이 수위보다 높게 채워 지는 경우, 즉, 분리막(20) 형성부위까지 수위가 차오르는 경우, 상기 절개홈(24)을 통해 해수(S)가 제 2공간(22)으로 넘어가도록 함으로써, 항시 제 1공간(21) 내에는 해수(S)가 가득 채워 않고 절개홈(24) 형성부위 이전까지만 채워지도록 한다.

상기와 같이, 해수(S)의 수위를 낮게(분리막(20) 길이(L)보다 상대적으로 낮게) 유지하도록 하도록 함으로써, 초기 작동시 증발의 초기 작동 시간을 단축시킬 수가 있게 되는 것이다.

상기 고온수 유동튜브(30)는 내부에 가열수(W)가 유동되도록 하는 것으로, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 중단이 절곡되는 '⊂' 형상으로 제 1공간(21)에 내입됨으로써, 상기 제 1공간(21) 내에서 복수의 열을 이루도록 한다. 상기 고온수 유동튜브(30) 내 고온수(W)는 제 1공간(21) 내에서 발열하면서 해수(S)를 증발시킨 후, 고온수 유동튜브(30)의 길이방향으로 따라 유동하면서 증발부(50) 외부로 이동되고, 별도의 수단에 의해 가열되어 고온수 유동튜브(30)에 의해 다시 제 1공간(21)으로 순환되어야 함은 당연할 것이다.

또한, 상기 고온수 유동튜브(30)는 상기와 같이, 복수개의 열 상호간을 고정연결하는 다수의 배플(31)을 등간격 이격시켜 다수개 형성하여, 상기 배플(31)을 통해 고온수 유동튜브(30)를 유동하는 고온수(W)의 열이 전달됨으로써 상기 고온수 유동튜브(30)의 전열면적을 증대시키고, 증발부에서 증기 기포들의 충돌로 발생하는 액적(물방울 덩어리)들이 응축부로 이동하는 기존 조수기와는 달리, 상기 제 1공간(21) 내 다수개의 배플(31)과 배플(31) 사이에서 균일하고 규칙적인 비 등(Boiling, 끊음)현상이 일어남으로 인해 액적 발생이 줄어들어 담수량이 증대되고, 담수의 순도를 높일 수 있도록 한다.(물론, 담수량이 증대를 위해, 상기 증발부와 응축부 사이에 설치되어, 증발된 해수가 응축부로 이동하기 위해 통과하는 데미스터(Demister(또는 Separator), 61)의 두께를 얇게 형성함수도 있음이다.)

상기 트레이(40)는 제 2공간(22)에 설치되는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 2공간(22) 내에서 지면과 수평을 이루며 다수개가 상호간 등간격 이격배치되는 형태로 형성된다.

이때, 상기 트레이(40)는 상호간 지그재그 형태를 유지하면서, 일단부만이 분리막(20) 또는 쉘(10)의 내부 벽면에 고정되는 형태를 가지도록 하여, 상기 제 1공간(21)에서 끊어 넘쳐 넘어오는 해수 및 수증기가 다수개의 트레이(40)를 지그재그로 거치면서 하단으로 이동하여 배출부(23)를 통해 배출되도록 한다.

또한, 상기 트레이(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, 망(Mesh) 형태를 가지도록 함으로써, 해수 및 수증기가 배출부(23)를 통한 배출이 용이해지도록 한다.

상기 트레이(40)의 용도는, 상기 제 1공간(21)에서 고온수(W)가 유동하는 고온수 유동튜브(30)의 열에 의해 핵비등(Boiling)이 일어나 끊기 시작하면, 이에 해수(S)가 증발되게 되는데, 이때 증기의 기공률(Porosity) 때문에 증발되지 못하고 넘치게 되는 해수 및 해수의 기포는 상기 제 2공간(22)으로 넘치게 된다. 이때, 흘러넘친 해수 및 해수의 기포는 상기 트레이(40)에 접촉되면서 곧바로 증발되며(상기 고온수 유동튜브(30)에 의해 이미 가열된 상태로 제 2공간(22)으로 넘어왔기 때 문이다.), 다수개의 트레이(40) 중 최상단에 위치하는 트레이(40)와 접촉되었어도 증발되지 못하는 일정 해수 및 해수의 기포는 망 형태를 이루는 다수개의 트레이(40)를 순차적으로 거치면서 증발되거나, 또는 하단으로 이동되어 배출부(23)를 통해 외부로 배출된다.

참고로, 도면에 표시된 부호 'B' 는 기포를 나타낸다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 저압 증발식 Shell ＆ Tube 타입 조수기의 증발부 부분을 나타낸 예시도.

도 2는 본 발명에 따른 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기를 나타낸 일실시예의 정면단면도.

도 3은 본 발명에 따른 분리막을 나타낸 일실시예의 도면.

도 4는 본 발명에 따른 트레이를 나타낸 일실시예의 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 표시>

10: 쉘 20: 분리막

21: 제 1공간 22: 제 2공간

23: 배출부 24: 절개홈

30: 고온수 유동튜브 31: 배플

40: 트레이 50: 증발부

60: 응축부

Claims (8)

1. 저압 증발식 해수 담수기에 있어서,

   내부에 빈 공간을 형성하는 쉘(10)과,

   상기 쉘(10) 내부에 해수가 저장되는 공간을 형성하기 위해, 상기 쉘(10) 내부를 제 1, 2공간(21, 22)으로 구획하기 위해 설치되는 분리막(20)과,

   해수(S)가 채워지는 제 1공간(21)에 내입설치되어, 내부를 유동하는 고온수에 의해 상기 해수(S)가 가열되어 증발되도록 하는 고온수 유동튜브(30)와,

   상기 제 2공간(22)에 지면과 수평을 이루며 등간격 이격배치되는 다수개의 트레이(40),로 이루어지는 증발부(50)와;

   상기 증발부(50)에서 증발되어 담수가 된 해수를 응축시켜 외부로 배출시키는 응축부(60);

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 분리막(20)은

   '│'(일자) 단면 형상을 가지며 상기 쉘(10) 내부에 직립설치되는 것을 특징 으로 하는 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 분리막(20)은

   상기 제 1공간(21)에 채워지는 해수(S)의 수두 높이(H)를 분리막(20) 길이(L)보다 상대적으로 낮게 유지하기 위해, 상단부에 다수개의 절개홈(24)을 상호간 등간격을 이루며 형성함으로써, 상기 제 1공간(21)에서 절개홈(24) 부분에 채워지는 해수(S)는 상기 절개홈(24)을 통해 제 2공간(22)으로 넘어가도록 하는 것을 특징으로 하는 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1공간(21)에는

   해수(S)가 제 1공간(21) 내에 3/5 내지 2/3만큼만 채워지도록 하여, 해수 담수기의 초기 작동이 빨라지도록 하는 것을 특징으로 하는 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 트레이(40)는

   망 형상으로 형성되어, 상기 제 1공간(21)에서 넘어오는 해수(S)가 제 2공간(22) 하단에 형성된 배출부(23)를 통해 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 트레이(40)는

   상기 배출부(23)를 향해 지그재그 형태로 이격 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 트레이(40)는

   상기 제 1공간(21) 내에서 해수(S)가 끊기 시작하며 기포가 발생되는 핵비등이 일어나게 되면, 증기의 기공률에 의해 증발되지 못하고 제 2공간(22)으로 넘치는 해수(S)가 상기 다수개의 트레이(40)를 통과하거나 또는 트레이(40) 상면에 접촉되면서 증발되도록 하는 것을 특징으로 하는 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 고온수 유동튜브(30)는

   상기 제 1공간(21) 내부에서 '⊂'자 형태로 절곡되어 복수의 열을 이루도록 하며, 상기 복수개의 열 사이에는 상호간을 고정연결하는 다수개의 배플(31)을 등간격 이격시키며 배치함으로써, 상기 제 1공간(21) 내에서 고온수 유동튜브(30)의 전열면적을 증대시키고 규칙적인 비등현상으로 액적 발생이 줄어들도록 하는 것을 특징으로 하는 증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기.

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