KR101346234B1 - Ｈｖａｃ 응축수를 이용한 조수 시스템 - Google Patents

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Abstract

HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템은 공급되는 해수를 정수하는 제 1 역삼투압 조수기와, 상기 제 1 역삼투압 조수기에 의해 정수된 청수를 다시 정수하거나 HVAC 시스템에서 발생된 응축수를 정수하여 테크니칼 워터 저장탱크로 공급하는 제 2 역삼투압 조수기와, 상기 응축수가 상기 제 2 역삼투압 조수기에 공급되도록 상기 응축수가 배출되는 배출라인에서 분기되어 상기 제 1 및 제 2 역삼투압 조수기 사이에 연결된 배관라인에 접속된 분기라인을 포함할 수 있다.

Description

ＨＶＡＣ 응축수를 이용한 조수 시스템 {FRESH WATER PRODUCING SYSTEM USING A CONDENSATING WATER OF HVAC SYSTEM}
본 발명은 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 선박 또는 해양플랜트에는 해수를 담수화하여 청수(fresh water)로 사용하기 위해 조수기(fresh water maker or generator)가 구비된다.
청수는 선박 또는 해양플랜트내의 각종 장비의 냉각수는 작동 용수 등으로 사용되는 테크니칼 워터(technical water)와 선원들의 음용수 및 생활용수 등으로 사용되는 포터블 워터(potable water)로 나누어지며, 이는 전부가 그렇지는 않지만, 선박 또는 해양플랜트내의 일부 장비들에서는 포터블 워터에 비해 훨씬 높은 청정도(water quality) 등을 요구하기 때문에 테크니칼 워터와 포터블 워터로 분리하여 운영하는 것이 일반적이다.
이러한 청수는 통상 선내에 설치되어 있는 조수기에서 담수화함으로써 만들어지는데, 담수화의 방법에 따라 크게 증류식(evaporating type)과 역삼투압 방식(reverse osmosis type)으로 나눌 수 있다.
증류식 조수기는 작동 원리 상 해수를 증발시키기 위해 열원(heating source)을 필요로 하므로, 주로 추진용 대형 엔진을 냉각하는데 사용된 냉각수를 활용하는 것이 일반적이다. 때문에 추진용 대형 엔진을 필요로 하지 않는 해양플랜트 등에서는 열원이 부족하여, 증류식 조수기 대신 역삼투압식 조수기만을 적용하는 경우가 많다.
증류식 조수의 열원에 대해서는 하기의 특허문헌 1에도 개시되어 있다.
이와 같이 포터블 워터에 비해 훨씬 높은 수준의 청정도를 요구하는 테크니칼 워터를 하나의 역삼투압 조수기로서 한번에 만들 수 없어서, 두개 이상의 역삼투압 조수기로서 두 번 이상 거쳐야 한다는 문제점이 있다.
또한 역삼투압 조수기는 공급량 대비 생산량에 따른 효율이 통상 30% 정도로 낮기 때문에, 필요한 테크니칼 워터량을 얻기 위해서는 첫번째 역삼투압 조수기의 생산량이 부득이 커져야 한다.
이 때문에, 두 개 이상의 역삼투압 조수기를 작동시키기 위한 추가적인 전력이 소모되고, 또한 낮은 테크니칼 워터의 생산량을 상쇄시키기 위한 조수기의 대형화가 되어야 하는 등의 문제점이 있다.
(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1110733호(2012.12.15. 공고)
본 발명의 실시예는 HVAC 시스템에서 발생된 응축수를 역삼투압 조수기의 유입라인에 공급하도록 구성함으로써 적은 전력 소모와 작은 조수기의 용량으로도 요구되는 청정도 및 생산량의 청수를 얻을 수 있는 HVAC 시스템의 응축수를 이용한 조수 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르는 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템은 공급되는 해수를 정수하는 제 1 역삼투압 조수기와, 상기 제 1 역삼투압 조수기에 의해 정수된 청수 또는 HVAC 시스템에서 발생된 응축수를 선택적으로 정수하여, 테크니칼 워터 저장탱크로 공급하는 제 2 역삼투압 조수기와, 상기 응축수가 상기 제 2 역삼투압 조수기에 공급되도록 상기 응축수가 배출되는 배출라인에서 분기되어 상기 제 1 및 제 2 역삼투압 조수기 사이에 연결된 배관라인에 접속된 분기라인을 포함한다.
배출라인과 분기라인의 분기점과, 상기 분기라인과 배관라인의 분기점에 서로 인터록킹되도록 각각 부착된 제 1 및 제 2 세방향 밸브와, 상기 테크니칼 워터 저장탱크의 내부 수위를 감지할 수 있는 레벨센서와, 상기 레벨센서의 전기신호에 의해 상기 제 1 및 제 2 세방향 밸브의 작동을 제어하는 콘트롤러를 더 포함할 수 있다.
레벨 센서에 의해 상기 테크니칼 워터 저장탱크내의 수위가 설정된 높이보다 높으면, 상기 제 1 세방향 밸브는 상기 응축수가 배출라인을 통해 선외로 배출되도록 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르는 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템은 해수 공급라인을 통해 공급되는 해수를 정수하여, 테크니칼 워터 저장탱크로 공급하거나 또는 포터블 워터 저장탱크로 공급하는 역삼투압 조수기와, HVAC 시스템에서 발생된 응축수와 상기 해수가 상기 역삼투압 조수기에 선택적으로 공급되도록 상기 HVAC 시스템의 응축수가 배출되는 배출라인에서 분기되어 상기 해수 공급라인에 접속되는 분기라인을 포함한다.
배출라인과 분기라인의 분기점에 부착되는 세방향 밸브와, 상기 테크니칼 워터 저장탱크로 내부 수위를 감지할 수 있는 레벨센서와, 상기 레벨센서의 전기신호에 의해 상기 세방향 밸브의 작동을 제어하는 콘트롤러를 더 포함할 수 있다.
테크니칼 워터를 생산하고자 하면, 세방향 밸브는 상기 응축수가 상기 분기라인을 통해 상기 역삼투압 조수기로 공급되도록 제어될 수 있다.
포터블 워터를 생산하고자 하면, 세방향 밸브는 상기 해수만이 상기 역삼투압 조수기로 공급되도록 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예는 역삼투압식 조수기만을 사용하여 청수를 생산하는 선박 또는 해양플랜트에 비해 HVAC 시스템에서 발생되는 응축수를 선외로 그대로 배출하지 않고, 이를 역삼투압 조수기에서 선택적으로 재사용함으로써 조수기의 사용 효율을 극대화할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 역삼투압식 조수기의 구성을 적용한 청수 제조 시스템을 나타내는 개략도이고,
도 2는 HVAC 시스템의 구성을 나타내는 개략도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템의 구성을 나타내는 개략도이고,
도 4는 도 3의 A부분을 상세히 나타내는 상세도이고,
도 5는 도 4의 제 1 세방향 밸브의 작동 상태도이고,
도 6은 도 4의 제 2 세방향 밸브의 작동 상태도이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 도면 중 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 병기하였다.
도 1은 역삼투압식 조수기의 구성을 적용한 청수 제조 시스템을 나타내고 있고, 도 2는 HVAC 시스템의 구성을 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 역삼투압 조수기를 적용한 청수 제조 시스템은 해수가 해수공급펌프(10)가 부착된 해수공급라인(12)을 통해 제 1 역삼투압 조수기(20)로 공급되면, 제 1 역삼투압 조수기(20)의 의해 정수되어 담수된 청수는 제 2 역삼투압 조수기(22)로 공급되어 테크니칼 워터로서 정수되거나 또는 분기되어 포터블 워터 저장탱크(30)로 공급된다.
제 2 역삼투압 조수기(22)에서 한번 더 정수된 테크니칼 워터는 테크니칼 워터 저장탱크(40)로 공급된다.
이와 같이 포터블 워터 저장탱크(30) 및 테크니칼 워터 저장탱크(40)에 저장된 각각의 청수는 각 저장탱크(30)(40)에 연결된 배관라인(32)(42) 상에 부착된 청수펌프(50)의 작동에 의해 복수의 분기라인(52)을 통해 필요로 하는 곳들로 공급된다.
한편, HVAC(Heating, ventilation and air conditioning) 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 무더운 날에 찬 공기를 선내의 선실 또는 각종 룸(room)(60)에 공급하기 위해서, AHU(air handling unit)(70)으로 유입되는 더운 공기를 차가운 공기로 열교환시키기 위해 냉각수 플랜트(80)의 펌프(82)를 작동하여 공기를 냉각시킨다. 이때 AHU(70)에서는 습도의 차이로 의해 자연적으로 응축수(condensate water)가 발생하게 되는데, 대기 온도 및 습도에 따라 다르지만, 많을 경우 하루 수 톤에 이르는 응축수가 발생한다. 발생된 응축수는 통상 응축수 저장탱크(90)로 모은 뒤, 배출펌프(92)가 설치된 배출라인(94)을 통해 선외로 배출된다.
하지만, 이와 같이 HVAC에서 발생되는 응축수는 대기 중의 이물질들이 혼합되는 정도의 것을 제외하고는, 매우 깨끗한 청수라고 할 수 있는 바, 이를 재활용하지 않고 선외로 배출하여 버리는 것은 자원 낭비가 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템의 구성을 나타내고 있고, 도 4는 도 3의 A 부분을 상세하게 나타내고 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 조수 시스템은 HVAC 시스템에서 발생된 응축수를 제 2 역삼투압 조수기(22)로 공급하고자, 응축수 저장탱크(90)에 접속되어 응축수를 배출하는 배출라인(94)에서 분기된 분기라인(96)이 제 1 및 제 2 역삼투압 조수기(20)(22) 사이에 연결된 배관라인(24)에 접속될 수 있다.
이에 따라 제 1 역삼투압 조수기(20)에서 정수된 청수가 종래와 같이 제 2 역삼투압 조수기(22)로 공급되어 다시 정수된 뒤 테크니칼 워터 저장탱크(40)로 공급될 수도 있으며, 또는 HVAC 시스템에서 발생된 응축수가 공급되어 제 2 역삼투압 조수기(22)에서 정수된 뒤, 테크니칼 워터 저장탱크(40)로 공급된다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 배출라인(94)과 분기라인(96)의 분기점에는 제 1 세방향 밸브(120)가 부착되고, 분기라인(96)과 배관라인(24)의 분기점에는 제 2 세방향 밸브(140)가 부착될 수 있으며, 각 세방향 밸브(120)(140)는 인터록킹(interlocking)될 수 있다.
본 발명의 조수 시스템은 효과적인 운영을 위해 테크니칼 워터 저장탱크(40)의 저장수위를 기준으로 세방향 밸브(120)(140)의 작동을 제어할 수 있다. 이를 위해 테크니칼 워터 저장탱크(40)에는 수위를 감지할 수 있도록 레벨센서(44)가 부착될 수 있고, 레벨센서(44)의 전기신호에 의해 세방향 밸브(120)(140)의 작동을 제어하는 콘트롤러(160)를 더 포함할 수 있다. 콘트롤러(160)는 전기-공압 콘트롤러(electric-pneumatic controller)일 수 있다.
한편, HVAC 시스템의 응축수는 AHU(70)로 유입되는 공기속에 함유된 미세 오염물질 등으로 오염될 수 있기 때문에, 배출라인(94)에는 필터(98)가 설치될 수 있다.
이상과 같이 구성된 본 발명 일 실시예에 따른 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템의 작동을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
테크니칼 워터 저장탱크(40)에 부착된 레벨 센서(44)에 의해 테크니칼 워터 저장탱크(40)내의 수위가 설정된 높이보다 낮은 것을 감지할 경우(low level), 제 1 세방향 밸브(120)의 흐름 방향은 분기라인(96)을 향하게 된다.
즉 레벨센서(44)의 전기 신호가 전기-공압 콘트롤러(160)에 공급되면, 압축공기가 제 1 세방향 밸브(120)의 다이아프램(diaphragm)에 압력을 가하여 밸브를 동작시킴에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 세방향 밸브(120)의 포트는 첨자 A에서 B로 열리게 된다.
제 1 및 제 2 세방향 밸브(120)(140)는 서로 인터록킹되어 있으므로, 제 1 세방향 밸브(120)의 포트가 A에서 B로 열릴 때, 제 2 세방향 밸브(140)의 포트는 c에서 b로 열리도록 기계적인 혹은 유압, 공압 등의 방법에 의해 구속된다.
이와 반대로, 레벨센서(44)가 테크니칼 워터 저장탱크(40)내의 수위를 설정된 높이보다 높은 것으로 감지하면(high level), 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 세방향 밸브(120)의 포트는 A가 C로 열리고, 제 2 세방향 밸브(140)의 포트는 a에서 b로 열리게 된다. 즉, AHU(70)의 응축수는 선외로 방출된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 조수 시스템 및 방법은 역삼투압식 조수기를 사용하는 선박 또는 해양플랜트에서, 테크니칼 워터의 생산을 위해, 기존에 2개의 역삼투압 조수기를 거쳐야 하였던 것에 비해, 해수 대신 HVAC 시스템에서 발생되는 응축수를 사용함으로서 적은 전력 소모와 작은 조수기 용량으로도 동일한 청수 생산량을 얻게 된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템의 구성을 나타내다.
본 실시예는 상기 실시예와 달리, 하나의 역삼투압식 조수기만을 사용하여 필요로 하는 테크니칼 워터와 포터블 워터를 충분히 생산하는 것이 가능하다. 예컨대, 더운 지역 특히 적도 인근의 지역에서 운용되는 선박 또는 해양플랜트에서는 응축수의 발생량이 항상 많다. 이러한 지역에서 본 실시예가 특히 적합하다.
본 실시예에 따른 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템은 HVAC 시스템의 응축수 저장탱크(90)에 접속되어 응축수를 배출하는 배출라인(94)에서 분기된 분기라인(96)이 해수 공급라인(12)에 접속되어 역삼투압 조수기(20) 하나로 테크니칼 워터와 포터블 워터를 필요에 따라 교대로 생산할 수 있는 구성으로, 역삼투압 조수기(20)의 정수 배출라인(26)에 제 2 세방향 밸브(140)가 부착된 것이외에는, 도 3 내지 도 6의 실시예의 구성과 동일하므로, 다른 구성에 대해서만 설명하고 나머지의 설명은 편의상 생략한다.
본 실시예에 따른 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템은 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 하나의 역삼투압 조수기(20)로서 해수 공급라인(12)을 통해 공급되는 해수를 정수하여, 테크니칼 워터 저장탱크(40)로 공급하거나 또는 포터블 워터 저장탱크(30)로 공급한다.
포터블 워터를 생산하고자 할 경우에는, 역삼투압 조수기(20)에 해수만을 공급하고, 테크니칼 워터를 생산하고자 할 때에는, HVAC 시스템의 응축수만을 역삼투압 조수기(20)에 공급한다.
즉, HVAC 시스템의 응축수 배출라인(94)에서 분기된 분기라인(96)이 해수 공급라인(12)을 통해 역삼투압 조수기(20)에 공급하는 해수 공급라인(12)에 접속되고, 배출라인(94)과 분기라인(96)의 분기점에 제 1 세방향 밸브(120)가 부착됨에 따라, 포터블 워터를 생산할 경우에는, 제 1 세방향 밸브(120)의 흐름 방향을 도 6의 설명과 같이 배출라인(94)으로 향하게 하여 HVAC 시스템의 응축수는 선외로 배출시키고, 해수 공급라인(12)을 통해 역삼투압 조수기(20)에 해수만을 공급하여 정수한 후, 정수 배출라인(26)의 제 2 세방향 밸브(140)를 선택적으로 작동하여 포터블 워터로서 포터블 워터 저장탱크(30)에 공급하며, 테크니칼 워터를 생산할 경우에는, 해수공급펌프(10)의 작동을 중지시키고, 제 1 세방향 밸브(120)의 흐름 방향을 도 5의 설명과 같이 분기라인(96)을 향하게 하여 HVAC 시스템의 응축수만을 역삼투압 조수기(20)에 공급하여 정수한 후, 정수 배출라인(26)의 제 2 세방향 밸브(140)를 선택적으로 작동하여 테크니칼 워터로서 테크니칼 워터 저장탱크(40)에 공급한다.
이상의 설명과 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 조수기 시스템 HVAC 응축수를 배출하지 않고 역삼투압 조수기에 재이용함으로써, 조수기 사용의 효율을 극대화하게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예들에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
10 : 해수공급펌프 12 : 해수 공급라인
20,22 : 역삼투압 조수기 24 : 배관라인
30 : 포터블 워터 저장탱크 40 : 테크니칼 워터 저장탱크
50 : 청수탱크 70 : AHU
80 : 냉각수 플랜트 90 : 응축수 저장탱크
94 : 응축수 배출라인 96 : 분기라인
120,140 : 세방향 밸브 160 : 콘트롤러

Claims (7)

  1. 공급되는 해수를 정수하는 제 1 역삼투압 조수기와,
    상기 제 1 역삼투압 조수기에 의해 정수된 청수를 다시 정수하거나 HVAC 시스템에서 발생된 응축수를 정수하여 테크니칼 워터 저장탱크로 공급하는 제 2 역삼투압 조수기와,
    상기 응축수가 상기 제 2 역삼투압 조수기에 공급되도록 상기 응축수가 배출되는 배출라인에서 분기되어 상기 제 1 및 제 2 역삼투압 조수기 사이에 연결된 배관라인에 접속된 분기라인을 포함하는 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배출라인과 분기라인의 분기점과, 상기 분기라인과 배관라인의 분기점에 서로 인터록킹되도록 각각 부착된 제 1 및 제 2 세방향 밸브와,
    상기 테크니칼 워터 저장탱크의 내부 수위를 감지할 수 있는 레벨센서와,
    상기 레벨센서의 전기신호에 의해 상기 제 1 및 제 2 세방향 밸브의 작동을 제어하는 콘트롤러를 더 포함하는 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레벨 센서에 의해 상기 테크니칼 워터 저장탱크내의 수위가 설정된 높이보다 높으면, 상기 제 1 세방향 밸브는 상기 응축수가 배출라인을 통해 선외로 배출되도록 제어되는 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템.
  4. 해수 공급라인을 통해 공급되는 해수를 정수하여, 테크니칼 워터 저장탱크로 공급하거나 또는 포터블 워터 저장탱크로 공급하는 역삼투압 조수기와,
    HVAC 시스템에서 발생된 응축수와 상기 해수가 상기 역삼투압 조수기에 선택적으로 공급되도록 상기 HVAC 시스템의 응축수가 배출되는 배출라인에서 분기되어 상기 해수 공급라인에 접속되는 분기라인을 포함하는 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배출라인과 분기라인의 분기점에 부착되는 세방향 밸브와,
    상기 테크니칼 워터 저장탱크로 내부 수위를 감지할 수 있는 레벨센서와,
    상기 레벨센서의 전기신호에 의해 상기 세방향 밸브의 작동을 제어하는 콘트롤러를 더 포함하는 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 테크니칼 워터를 생산하고자 하면, 상기 세방향 밸브는 상기 응축수가 상기 분기라인을 통해 상기 역삼투압 조수기로 공급되도록 제어되는 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 포터블 워터를 생산하고자 하면, 상기 세방향 밸브는 상기 해수만이 상기 역삼투압 조수기로 공급되도록 제어되는 HVAC 응축수를 이용한 조수 시스템.
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