KR101442425B1 - 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템 - Google Patents

발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템 Download PDF

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Abstract

발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템에 있어서, 발전 장치는, 제1 열교환기와, 팽창기와, 공간을 갖고 있고 해수를 증발시켜 수증기를 발생시키는 제2 열교환기와, 작동 매체 펌프가 직렬로 접속된 순환 회로 및 발전기를 구비하고, 담수화 장치는, 공간 내의 기체를 흡인하는 흡인 펌프와, 공간 내의 기압이 포화 수증기압으로 되도록 흡인 펌프를 구동시키는 제어 장치와, 공간으로부터 도입된 수증기를 응축시키는 응축기와, 응축기에서 응축된 담수(W)를 저류하는 담수 저류 탱크를 구비한다.

Description

발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템 {SYSTEM COMBINING POWER GENERATION APPARATUS AND DESALINATION APPARATUS}
본 발명은, 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템에 관한 것이다.
종래, 발전을 행하는 동시에, 해수로부터 담수를 생성하는[조수(造水)하는] 시스템이 알려져 있다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2007-309295호에는, 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템이 개시되어 있다. 상기 발전 장치는, 작동 매체를 증발시키는 제1 열교환기와, 이 제1 열교환기의 하류측에 설치된 팽창기와, 이 팽창기로부터 배출된 작동 매체와 외부로부터 공급되는 해수를 열교환시키는 제2 열교환기와, 이 제2 열교환기로부터 유출된 작동 매체를 상기 제1 열교환기로 보내는 작동 매체 펌프가 직렬로 접속된 순환 회로와, 상기 팽창기에 접속된 발전기를 구비한다. 상기 담수화 장치는, 상기 제2 열교환기에 해수를 도입하는 해수 도입 유로와, 역침투막을 갖고 있어 제2 열교환기를 경유한 후의 해수로부터 담수를 얻는 역침투막 장치와, 제2 열교환기를 경유한 후의 해수를 가압하여 상기 역침투막 장치로 보내는 가압 펌프와, 역침투막 장치에 의해 압착된 담수를 회수하는 담수 회수 탱크를 구비한다.
상기 발전 장치에서는, 상기 순환 회로를 순환하는 작동 매체에 의해 상기 팽창기가 구동되고, 이에 의해 상기 발전기로부터 전력이 발생한다. 상기 담수화 장치에서는, 가압 펌프에 의해 가압된 해수가 역침투막 장치로 보내짐으로써, 당해 역침투막 장치의 역침투막으로부터 담수가 압착된다.
상기한 시스템에서 사용되는 역침투막 장치는, 역침투막의 기능 저하를 방지하기 위해, 당해 역침투막의 정기적인 메인터넌스가 요구된다. 또한, 이 역침투막 장치와 함께 사용되는 가압 펌프는, 역침투막으로부터 담수를 압착하기 위해 해수를 매우 고압으로 될 때까지 가압할 필요가 있고, 그 때문에 당해 가압 펌프의 구동에는 매우 큰 전력이 필요해진다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 역침투막 장치를 사용하는 일 없이 담수를 생성하는 것이 가능한 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은, 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템이며, 상기 발전 장치는, 외부로부터 공급되는 발전용 열매체와 작동 매체를 열교환시킴으로써 당해 작동 매체를 증발시키는 제1 열교환기와, 상기 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 소정의 공간을 갖고 있고, 상기 작동 매체와 외부로부터 상기 공간에 공급된 해수를 열교환시킴으로써, 당해 작동 매체를 응축시키는 동시에 상기 해수를 증발시켜 수증기를 발생시키는 제2 열교환기와, 상기 제2 열교환기에서 응축된 작동 매체를 상기 제1 열교환기로 보내는 작동 매체 펌프가 직렬로 접속된 순환 회로와, 상기 팽창기 내에서 상기 작동 매체가 팽창됨으로써 구동되는 발전기를 구비하고, 상기 담수화 장치는, 상기 제2 열교환기의 상기 공간 내의 기체를 흡인하는 흡인 펌프와, 상기 흡인 펌프의 구동을 제어하는 제어 장치와, 외부로부터 공급되는 냉각 매체와 상기 제2 열교환기의 상기 공간으로부터 도입된 수증기를 열교환시킴으로써 당해 수증기를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 담수를 저류하는 담수 저류 탱크를 구비한다.
본 발명에 따르면, 상기 제2 열교환기의 공간 내의 해수를 증발시킴으로써 수증기를 발생시키고, 그 수증기를 상기 응축기에서 응축시킴으로써 담수가 생성되므로, 종래와 같은 역침투막 장치를 생략할 수 있어, 이에 의해 역침투막의 메인터넌스나, 그 구동에 매우 큰 전력이 필요해지는 가압 펌프가 불필요해진다. 특히, 본 발명에서는, 상기 제어 장치는, 예를 들어 상기 제2 열교환기의 공간 내의 기압이 포화 수증기압으로 되도록, 상기 흡인 펌프의 구동 제어를 행하므로, 당해 공간 내의 해수는, 상기 작동 매체로부터 열을 수취함으로써 바로 증발된다. 이와 같이 하여 발생한 충분한 양의 수증기는, 상기 응축기로 유도되어 당해 응축기에서 응축된다. 즉, 본 발명에서는, 상기 흡인 펌프에 의해 상기 공간 내의 기압을 저하시킴으로써 당해 공간 내의 해수의 증발이 촉진되므로, 충분한 양의 담수가 생성된다. 또한, 상기 흡인 펌프는, 상기 공간 내의 기압을 포화 수증기압으로 낮출 수 있을 정도의 동력이면 충분하므로, 종래와 같이, 역침투막으로부터 담수를 압착하기 위한 가압 펌프에 비해 필요한 전력이 삭감된다.
이 경우에 있어서, 상기 제어 장치는, 정기적으로 상기 흡인 펌프를 구동시키는 것이 바람직하다.
이와 같이, 정기적으로 상기 흡인 펌프를 구동시킨다고 하는 간단한 제어에 의해, 조수 효율의 저하를 억제하면서, 상기 흡인 펌프의 구동 전력을 저감시킬 수 있다. 상기 흡인 펌프를 상시 구동시키면, 조수 효율은 최대로 되지만, 상기 흡인 펌프의 구동 전력이 커진다. 한편, 예를 들어 상기 공간 내의 기압이 포화 수증기압 정도로 된 후에 상기 흡인 펌프의 구동을 완전히 정지시키면, 상기 흡인 펌프의 구동 전력을 저감시킬 수 있지만, 상기 제2 열교환기의 공간 내에 외기가 침입하거나 하여 당해 공간 내의 기압이 상승하여, 당해 공간 내의 해수의 증발량, 즉, 조수 효율이 저하되는 것이 우려된다. 이에 대해, 정기적으로 상기 흡인 펌프를 구동시켜 상기 공간 내의 기압을 포화 수증기압 정도로 함으로써, 당해 공간 내의 해수의 증발이 촉진되므로, 조수 효율의 저하를 억제하면서, 상기 흡인 펌프의 구동 전력을 저감시킬 수 있다. 또한, 정기적으로 흡인 펌프를 구동시킨다고 하는 단순한 제어이므로, 저렴하게 도입할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 담수화 장치는, 상기 제2 열교환기의 상기 공간 내의 기압을 검지하는 압력 센서를 더 갖고, 상기 제어 장치는, 상기 압력 센서에 의해 검지된 값이 상기 공간 내의 수증기의 포화 수증기압보다도 높은 소정값으로 되었을 때에 상기 공간 내의 기압이 포화 수증기압으로 되도록 상기 흡인 펌프의 구동을 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 상기 흡인 펌프를 정기적으로 구동시키는 경우에 비해, 조수 효율의 저하를 더욱 억제하면서, 상기 흡인 펌프의 구동 전력을 더욱 억제할 수 있다. 즉, 상기 압력 센서에 의해 검지된 값이 상기 공간 내의 기체의 포화 수증기압보다도 높은 소정값으로 되었을 때에 상기 흡인 펌프를 구동시켜 상기 공간 내의 기압을 포화 수증기압으로 하기 때문에, 상기 공간 내의 기압은 항상 상기 소정값과 포화 수증기압 사이로 유지된다. 따라서, 높은 조수 효율을 유지하면서, 상기 흡인 펌프의 구동 전력을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 담수화 장치는, 상기 제2 열교환기의 상기 공간 내의 온도를 검지하는 온도 센서를 더 갖고, 상기 제어 장치는, 상기 온도 센서에 의해 검지된 온도로부터 당해 온도에서의 포화 수증기압을 산출하고, 산출된 상기 포화 수증기압을 상기 공간 내의 수증기의 상기 포화 수증기압으로 하여 상기 흡인 펌프의 구동을 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 상기 공간 내의 온도에 따라서 포화 수증기압을 보다 정확에 구할 수 있으므로, 높은 조수 효율을 유지하면서, 상기 흡인 펌프의 구동 전력을 저감시키는 성능을 보다 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 담수화 장치는, 외부로부터 공급되는 담수화용 열매체와 해수를 열교환시킴으로써 당해 해수를 증발시키는 증발기와, 해수를 상기 증발기로 송입하는 증발기용 펌프와, 상기 증발기에서 발생한 수증기가 상기 제1 열교환기의 발전용 열매체로서 이용되도록 당해 수증기를 상기 제1 열교환기로 유도하는 제1 도입 유로와, 상기 제1 열교환기에서 응축된 담수를 상기 담수 저류 탱크로 유도하는 제2 도입 유로를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 상기 증발기에서의 해수의 증발에 의해 발생한 수증기가 상기 제1 열교환기의 발전용 열매체로서 사용되고, 또한 그 수증기는 상기 작동 매체와 열교환됨으로써 응축되어 담수로 되어 상기 담수 저류 탱크로 유도되므로, 효율적으로 조수량을 증가시킬 수 있다. 바꾸어 말하면, 이 발명에서는, 상기 제2 열교환기의 공간 내에서 발생한 수증기를 응축시킴으로써 담수를 얻는 조수 계통과는 별도의 조수 계통이 추가되는데, 이 추가된 조수 계통은, 상기 작동 매체를 가열한다고 하는 기능과, 조수한다고 하는 기능을 양립시킨다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 응축기의 냉각 매체로서 해수가 사용되는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 상기 냉각 매체로서 특별히 전용의 매체를 준비할 필요가 없어지므로, 담수화의 제조 비용이 삭감된다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 담수화 장치는, 상기 증발기에 공급되는 담수화용 열매체를 가열하기 위한 태양열 집열기를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 화석 연료를 연소시켜 담수화용 열매체를 가열하는 경우에 비해, 이산화탄소 등의 발생을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 역침투막 장치를 사용하는 일 없이 담수를 생성하는 것이 가능한 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템의 개략을 도시하는 도면.
도 2는 도 1에 도시하는 시스템의 변형예의 주요부를 도시하는 도면.
본 발명의 일 실시 형태의 발전 장치(100)와 담수화 장치(200)를 조합한 시스템에 대해, 도 1을 참조하면서 설명한다.
발전 장치(100)는, 작동 매체가 순환하는 순환 회로(10)와, 발전기(15)를 구비한다. 또한, 상기 작동 매체로서, 물보다도 비점이 낮은 작동 매체(예를 들어, R245fa)가 사용된다.
순환 회로(10)는, 작동 매체를 증발시키는 제1 열교환기(11)와, 작동 매체를 팽창시키는 팽창기(12)와, 팽창기(12)로부터 배출된 작동 매체를 응축시키는 제2 열교환기(13)와, 제2 열교환기(13)에서 응축된 작동 매체를 제1 열교환기(11)로 보내는 작동 매체 펌프(14)가 배관을 통해 직렬로 접속된 폐회로이다.
제1 열교환기(11)는, 액상의 작동 매체를 증발시켜 습윤 증기, 포화 증기, 혹은 과열 증기로 하는 것이다. 제1 열교환기(11)는, 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로(11a)와, 외부의 열원으로부터 공급되는 발전용 열매체가 흐르는 열매체 유로(11b)를 갖고 있다. 작동 매체 유로(11a)는, 순환 회로(10)의 배관에 접속되어 있다. 즉, 작동 매체 유로(11a)의 일단부는, 작동 매체 펌프(14)와 제1 열교환기(11) 사이에 설치되는 배관에 접속되어 있고, 작동 매체 유로(11a)의 타단부는, 제1 열교환기(11)와 팽창기(12) 사이에 설치되는 배관에 접속되어 있다. 작동 매체 유로(11a)를 흐르는 작동 매체는, 열매체 유로(11b)를 흐르는 발전용 열매체와 열교환됨으로써 증발한다. 본 실시 형태에서는, 열매체 유로(11b)를 흐르는 발전용 열매체로서, 후술하는 바와 같이 태양열을 열원으로 하는 태양열 집열기(40)에 의해 생성된 수증기(M)가 사용된다. 단, 이 발전용 열매체는, 이것에 한정되지 않는다.
팽창기(12)는, 순환 회로(10)에 있어서의 제1 열교환기(11)의 하류측에 설치되어 있고, 제1 열교환기(11)에서 증발한 작동 매체를 팽창시킴으로써 당해 작동 매체로부터 운동 에너지를 취출한다. 본 실시 형태에서는, 팽창기(12)로서 스크류 팽창기가 사용되고 있다. 스크류 팽창기는, 팽창기의 케이싱 내에 형성된 로터실(도시하지 않음)에 암형/수형 한 쌍의 스크류 로터(도시하지 않음)가 수용되어 있다. 이 스크류 팽창기에서는, 상기 케이싱에 형성된 흡기구로부터 상기 로터실에 공급된 작동 매체의 팽창력에 의해 상기 스크류 로터가 회전한다. 그리고, 상기 로터실 내에서 팽창됨으로써 압력이 저하된 작동 매체는, 상기 케이싱에 형성된 배출구로부터 배출된다. 본 실시 형태에서는, 이 배출구로부터 배출된 작동 매체의 온도는 약 60℃이다. 또한, 팽창기(12)는, 스크류 팽창기에 한정되지 않고, 스크롤 팽창기 등이어도 된다.
제2 열교환기(13)는, 소정의 공간(13a)이 형성된 본체부와, 이 공간(13a) 내를 통과하도록 설치되어 있고 그 내부를 작동 매체가 흐르는 작동 매체 유로(13b)를 갖고 있다. 작동 매체 유로(13b)는, 순환 회로(10)의 배관에 접속되어 있다. 즉, 작동 매체 유로(13b)의 일단부는, 팽창기(12)와 제2 열교환기(13) 사이에 설치되는 배관에 접속되어 있고, 작동 매체 유로(13b)의 타단부는, 제2 열교환기(13)와 작동 매체 펌프(14) 사이에 설치되는 배관에 접속되어 있다. 이 공간(13a) 내에 외부로부터 표층의 해수(S)가 공급됨으로써, 작동 매체 유로(13b)는 당해 해수(S) 중에 침지된다. 제2 열교환기(13)는, 공간(13a)에 공급된 해수(S)와 작동 매체 유로(13b) 내를 흐르는 작동 매체를 열교환시킴으로써, 당해 작동 매체를 응축시킨다. 이때, 상기 해수(S)가 증발하여 공간(13a) 내에 수증기(M)가 발생하는데, 이 수증기(M)에 대해서는 후술한다. 이 제2 열교환기(13)의 작동 매체 유로(13b)에는, 팽창기(12)로부터 배출된 가스상의 작동 매체, 예를 들어 60℃, 200㎪ 정도의 작동 매체가 유입된다. 그리고, 이 작동 매체 유로(13b)로부터는, 해수(S)와 열교환됨으로써 응축된 액상의 작동 매체, 예를 들어 33℃, 200㎪ 정도의 작동 매체가 유출된다.
작동 매체 펌프(14)는, 순환 회로(10)에 있어서의 제2 열교환기(13)의 하류측[제2 열교환기(13)와 제1 열교환기(11) 사이]에 설치되어 있고, 작동 매체를 순환 회로(10) 내에서 순환시키기 위한 것이다. 이 작동 매체 펌프(14)는, 제2 열교환기(13)에서 응축된 액상의 작동 매체를 소정의 압력까지 가압하여 제1 열교환기(11)로 송출한다. 작동 매체 펌프(14)로서는, 임펠러를 로터로서 구비하는 원심 펌프나, 로터가 한 쌍의 기어로 이루어지는 기어 펌프 등이 사용된다.
발전기(15)는, 팽창기(12)에 접속되어 있고, 팽창기(12) 내에서 작동 매체가 팽창되어 상기 스크류 로터가 구동됨으로써 구동된다. 구체적으로는, 발전기(15)는, 팽창기(12)의 한 쌍의 스크류 로터 중 한쪽에 접속된 회전축을 갖고 있고, 이 회전축이 상기 스크류 로터의 회전에 수반하여 회전함으로써 전력을 발생시킨다. 본 실시 형태에서는, 이 발전기(15)로부터는, 약 100㎾의 발전량이 얻어진다.
다음에, 담수화 장치(200)에 대해 설명한다. 이 담수화 장치(200)는, 제1 조수 계통(201)과 제2 조수 계통(202)과, 담수(W)를 저류하는 담수 저류 탱크(203)를 갖는다. 제1 조수 계통(201)은, 제2 열교환기(13)의 공간(13a) 내에서 발생한 수증기(M)를 이용하여 조수하는 계통이고, 제2 조수 계통(202)은, 후술하는 증발기(33)의 공간(33a) 내에서 발생한 수증기(M)를 이용하여 조수하는 계통이다.
제1 조수 계통(201)은, 그 내부를 기체가 흐르는 기체 유로(20)와, 기체를 흡인하는 흡인 펌프(21)와, 외부로부터 공급되는 냉각 매체로서의 해수(S)와 수증기(M)를 열교환시킴으로써 당해 수증기(M)를 응축시키는 응축기(22)와, 제2 열교환기(13)의 공간(13a) 내의 수증기(M)를 응축기(22)에 도입하는 수증기 도입 유로(23)와, 내부를 냉각 매체가 흐르는 냉각 매체 유로(24)와, 이 냉각 매체 유로(24)에 설치된 응축기용 펌프(25)와, 응축기(22)에서 응축된 담수를 담수 저류 탱크(203)에 도입하는 담수 도입 유로(27)와, 이 담수 도입 유로(27)에 설치된 담수 송출 펌프(28)와, 제2 열교환기(13)의 공간(13a)에 해수(S)를 보충하는 해수 보충 유로(29)와, 이 해수 보충 유로(29)에 설치되어 있고 공간(13a)에 해수(S)를 송입하는 제2 열교환기용 펌프(30)와, 제어 장치(31)와, 제2 열교환기(13)의 공간(13a) 내의 온도를 검지하는 온도 센서(32a)와, 제2 열교환기(13)의 공간(13a) 내의 기압을 검지하는 압력 센서(32b)를 구비한다. 제2 조수 계통(202)은, 외부로부터 공급되는 담수화용 열매체와 해수(S)를 열교환시킴으로써, 담수화용 열매체를 응축시키는 동시에 당해 해수(S)를 증발시키는 증발기(33)와, 증발기(33)에 해수(S)를 보충하는 해수 보충 유로(34)와, 이 해수 보충 유로(34)에 설치된 증발기용 펌프(35)와, 증발기(33)에서 발생한 수증기(M)를 제1 열교환기(11)로 유도하는 제1 도입 유로(36)와, 제1 열교환기(11)에서 응축된 담수를 담수 저류 탱크(203)로 유도하는 제2 도입 유로(37)와, 담수화용 열매체를 순환시키는 순환 회로(38)와, 이 순환 회로(38)에 설치된 순환 펌프(39)와, 담수화용 열매체를 가열하는 태양열 집열기(40)를 구비한다.
우선, 제1 조수 계통(201)에 대해 설명한다.
응축기(22)는, 소정의 공간(22a)이 형성된 본체부를 갖고 있다. 기체 유로(20)의 일단부는 공간(22a)에 접속되어 있고, 이 기체 유로(20)에 흡인 펌프(21)가 설치되어 있다. 그리고, 수증기 도입 유로(23)는, 제2 열교환기(13)의 공간(13a)과 응축기(22)의 공간(22a)을 접속하고 있다. 이로 인해, 흡인 펌프(21)가 구동되면, 제2 열교환기(13)의 공간(13a) 내의 기체가 수증기 도입 유로(23) 및 응축기(22)의 공간(22a)를 통과하여 기체 유로(20)의 타단부측으로 토출된다.
냉각 매체 유로(24)는, 공간(22a) 내를 통과하도록 설치되어 있는 동시에, 그 양단부가 해수(S) 중에 배치되어 있다. 그로 인해, 응축기용 펌프(25)는, 냉각 매체 유로(24) 내에 해수(S)를 송입한다. 본 실시 형태에서는, 이 해수(S)의 온도는, 예를 들어 25℃이다. 또한, 이 응축기(22)에서 사용되는 냉각 매체, 즉, 냉각 매체 유로(24) 내를 흐르는 냉각 매체는, 해수(S)에 한정되지 않는다.
담수 도입 유로(27)는 응축기(22)와 담수 저류 탱크(203)를 접속하고 있고, 담수 송출 펌프(28)는 응축기(22) 내의 담수(W)를 담수 저류 탱크(203)에 송입한다.
해수 보충 유로(29)는, 제2 열교환기(13)의 공간(13a)에 해수(S)를 보충하기 위한 유로이다. 본 실시 형태에서는, 이 해수(S)의 온도는, 예를 들어 25℃이다. 단, 공간(13a)에 보충되는 해수(S)는, 저온의 해수, 즉, 심층의 해수(S)라도 좋다. 이것은, 발전기(15)로부터 보다 많은 전력이 얻어진다고 하는 이유에 의한다. 즉, 발전기(15)로부터 얻어지는 전력은, 팽창기(12)의 배출측의 작동 매체의 압력이 낮을수록 커지고, 팽창기(12)의 배출측의 작동 매체의 압력은, 공간(13a)에 공급되는 해수(S)의 온도가 낮을수록 낮아지기 때문이다.
제어 장치(31)는, 온도에 따른 포화 수증기압이 기록된 기록부(31a)와, 기록부(31a)를 참조함으로써 온도 센서(32a)에 의해 검지된 값으로부터 당해 온도에서의 포화 수증기압을 산출하는 산출부(31b)와, 압력 센서(32b)에 의해 검지된 값이, 산출부(31b)에서 산출된 공간(13a) 내의 포화 수증기압에 일정값만큼 더해진 소정값으로 되었을 때에 흡인 펌프(21)를 구동시키는 펌프 구동부(31c)와, 압력 센서(32b)에 의해 검지된 값이 상기 포화 수증기압 이하로 되었을 때에 흡인 펌프(21)의 구동을 정지하는 펌프 정지부(31d)를 갖는다.
이 제1 조수 계통(201)에서의 조수를 개시하기 전에는, 공간(13a) 내에 해수(S)가 충전되어 있어, 이 상태에서의 공간(13a) 내의 기압은 상기 소정값보다도 높게 되어 있는 경우가 있다. 이 경우, 제1 조수 계통(201)에서의 조수를 개시하면, 펌프 구동부(31c)가 흡인 펌프(21)를 구동시키고, 공간(13a) 내의 기체는, 흡인 펌프(21)에 흡인되어 기체 유로(20)의 타단부측으로 토출된다. 그리고, 공간(13a) 내의 기압이 포화 수증기압 이하로 되면, 펌프 정지부(31d)가 흡인 펌프(21)의 구동을 정지시킨다.
이 상태, 즉, 공간(13a) 내 및 공간(22a) 내의 기압이 포화 수증기압으로 된 상태에서는, 당해 공간(13a) 내의 해수(S)는, 순환 회로(10)를 순환하는 작동 매체로부터 열을 수취함으로써 바로 증발된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 이때 발생하는 수증기(M)의 온도는, 예를 들어 31℃이고, 그 포화 수증기압은 4.50㎪이다. 이와 같이 하여 공간(13a) 내에 수증기(M)가 발생하면, 당해 공간(13a) 내의 기압은 응축기(22)의 공간(22a) 내의 기압보다도 높아지므로, 당해 수증기(M)는, 수증기 도입 유로(23)를 통과하여 응축기(22)의 공간(22a)으로 유도되어, 냉각 매체 유로(24) 내의 해수(S)와 열교환됨으로써 응축된다. 이에 의해 생성된 담수(W)는, 담수 도입 유로(27)를 통과하여 담수 저류 탱크(203)로 유도된다. 여기서, 제2 열교환기(13)의 공간(13a) 내로부터 응축기(22)의 공간(22a)에 이른 수증기(M)는, 당해 응축기(22)에서 응축되므로, 공간(13a) 내의 기압이 공간(22a) 내의 기압보다도 높은 상태가 유지된다. 그로 인해, 공간(13a)에서 발생한 수증기(M)는, 자연히 공간(22a)으로 유도된다.
다음에, 제2 조수 계통(202)에 대해 설명한다.
증발기(33)는 소정의 공간(33a)이 형성된 본체부를 갖고 있다. 순환 회로(38)는, 이 공간(33a) 내를 통과하도록 설치되어 있고 그 내부를 담수화용 열매체가 흐른다. 이 순환 회로(38)는, 공간(33a) 내에 배치된 열매체 유로(33b)를 갖고 있다. 이 공간(33a) 내에 외부로부터 해수(S)가 공급됨으로써, 열매체 유로(33b)는 당해 해수(S) 중에 침지된다.
해수 보충 유로(34)는, 증발기(33)의 공간(33a)에 해수(S)를 보충하기 위한 유로이다. 해수(S)는, 증발기용 펌프(35)에 의해 공간(33a)으로 송입된다. 이 해수 보충 유로(34)를 통해 보충되는 해수(S)는, 담수화용 열매체와의 열교환에 의해 증발될 필요가 있으므로, 그 온도는 높은 쪽이, 즉, 표층의 해수(S)인 것이 바람직하다.
제1 도입 유로(36)는, 증발기(33)의 공간(33a)과 제1 열교환기(11)의 열매체 유로(11b)의 일단부측과의 사이를 접속하고 있고, 제2 도입 유로(37)는, 제1 열교환기(11)의 열매체 유로(11b)의 타단부측과 담수 저류 탱크(203) 사이를 접속하고 있다.
이 제2 조수 계통(202)에서의 조수를 개시할 때, 증발기용 펌프(35)와 순환 펌프(39)가 구동된다. 이에 의해, 담수화용 작동 매체는, 순환 펌프(39)에 의해 가압되어 순환 회로(38)를 순환한다. 즉, 담수화용 작동 매체는, 순환 펌프(39)에 의해 태양열 집열기(40)측으로 보내지고, 이 태양열 집열기(40)에 의해 가열됨으로써 증발된 후, 증발기(33)의 열매체 유로(33b)로 유입된다. 그리고, 이 담수화용 작동 매체는, 증발기(33)의 공간(33a) 내의 해수(S)와 열교환됨으로써 응축되고, 증발기(33)로부터 유출되어 다시 순환 펌프(39)에 이르도록 하여 순환 회로(38)를 순환한다.
이때, 증발기(33) 내에서는, 해수(S)가 담수화용 열매체로부터 열을 수취함으로써 증발하여, 수증기(M)가 발생한다. 이 수증기(M)는, 제1 도입 유로(36)를 통과하여 제1 열교환기(11)의 열매체 유로(11b)로 유도되어, 작동 매체 유로(11a)를 순환하는 작동 매체와 열교환됨으로써 응축되어 담수로 된다. 그리고, 이 담수(W)는, 제2 도입 유로(37)를 통과하여 담수 저류 탱크(203)로 유도된다.
즉, 이 제2 조수 계통(202)는, 해수(S)로부터 담수(W)를 생성하는 과정에서 발생하는 수증기(M)를, 발전 장치(100)의 발전용 열매체로서 이용하므로, 조수하는 기능에 더하여, 상기 작동 매체를 가열한다고 하는 기능도 겸비하고 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 발전 장치(100)와 담수화 장치(200)를 조합한 시스템에 따르면, 제2 열교환기(13)의 공간(13a) 내의 해수(S)를 증발시킴으로써 수증기(M)를 발생시키고, 그 수증기(M)를 응축기(22)에서 응축시킴으로써 담수(W)가 생성되므로, 종래와 같은 역침투막 장치를 생략할 수 있어, 이에 의해 역침투막의 메인터넌스나, 그 구동에 매우 큰 전력이 필요해지는 가압 펌프가 불필요해진다. 특히, 이 실시 형태에서는, 제어 장치(31)는, 제2 열교환기(13)의 공간(13a) 내의 기압이 포화 수증기압으로 되도록 흡인 펌프(21)를 구동시키므로, 당해 공간(13a) 내의 해수(S)는, 작동 매체로부터 열을 수취함으로써 바로 증발된다. 이와 같이 하여 발생한 충분한 양의 수증기(M)는, 응축기(22)로 유도되어 당해 응축기(22)에서 응축된다. 즉, 본 실시 형태에서는, 흡인 펌프(21)에서 공간(13a) 내의 기압을 포화 수증기압으로 함으로써 당해 공간(13a) 내의 해수(S)의 증발이 촉진되므로, 충분한 양의 담수(W)가 생성된다. 또한, 흡인 펌프(21)는, 공간(13a) 내의 기압을 포화 수증기압으로 낮출 수 있을 정도의 동력이면 충분하므로, 종래와 같이, 역침투막으로부터 담수를 압착하기 위한 가압 펌프에 비해 필요한 전력이 삭감된다.
또한, 본 실시 형태의 제어 장치(31)는, 압력 센서(32b)에 의해 검지된 값이 공간(13a) 내의 수증기(M)의 포화 수증기압보다도 높은 소정값으로 되었을 때에 공간(13a) 내의 기압이 포화 수증기압으로 되도록 흡인 펌프(21)를 구동시키므로, 조수 효율의 저하를 억제하면서, 흡인 펌프(21)의 구동 전력을 억제할 수 있다. 즉, 흡인 펌프(21)를 상시 구동시키면, 조수 효율은 최대로 되지만, 흡인 펌프(21)의 구동 전력이 커지는 한편, 제2 열교환기(13)의 공간(13a) 내의 기압이 포화 수증기압으로 된 후에 흡인 펌프(21)의 구동을 완전히 정지시키면, 공간(13a) 내에 외기가 침입하거나 하여 당해 공간(13a) 내의 기압이 상승하여, 당해 공간(13a) 내의 해수의 증발량, 즉, 조수 효율이 저하되는 것이 우려된다. 이에 대해, 압력 센서(32b)에 의해 검지된 값이 공간(13a) 내의 기체의 포화 수증기압보다도 높은 소정값으로 되었을 때에 흡인 펌프(21)를 구동시켜 공간(13a) 내의 기압을 포화 수증기압으로 함으로써, 공간(13a) 내의 기압은 항상 상기 소정값과 포화 수증기압 사이로 유지된다. 따라서, 높은 조수 효율을 유지하면서, 흡인 펌프(21)의 구동 전력을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 증발기(33)에서의 해수(S)의 증발에 의해 발생한 수증기(M)가 제1 열교환기(11)의 발전용 열매체로서 사용되고, 또한 그 수증기(M)는 작동 매체와 열교환됨으로써 응축되어 담수(W)로 되어 담수 저류 탱크(203)로 유도되므로, 효율적으로 조수량을 증가시킬 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태의 담수화 장치(200)는, 제2 열교환기(13)의 공간(13a) 내에서 발생한 수증기(M)를 응축시킴으로써 담수(W)를 얻는 제1 조수 계통(201)과는 별도의 제2 조수 계통(202)을 갖는데, 이 제2 조수 계통(202)은, 작동 매체를 가열한다고 하는 기능과, 조수한다고 하는 기능을 양립시킨다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태의 설명이 아닌 특허청구범위에 의해 나타내어지고, 또한 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 제1 열교환기(11)의 발전용 열매체로서, 태양열 집열기(40)에 의해 생성된 수증기(M)를 사용하는 것이 예시되어 있지만, 발전용 열매체는 이것에 한정되지 않는다. 이 발전용 열매체는, 갱정(증기정)으로부터 채취된 증기나 온수, 공장 등으로부터 배출된 증기나 온수, 혹은 바이오매스나 화석 연료를 열원으로 하는 보일러로부터 생성된 증기나 온수 등이어도 된다. 단, 조수량의 점에서, 증발기(33)에 있어서 해수(S)를 증발시킴으로써 발생시킨 수증기(M)를 사용하는 쪽이 바람직하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 제어 장치(31)는, 온도 센서(32a) 및 압력 센서(32b)에 의해 검지된 값에 기초하여 흡인 펌프(21)를 구동하는 예를 나타냈지만, 이들 온도 센서(32a) 및 압력 센서(32b)를 생략하는 동시에, 이 제어 장치(31)의 펌프 구동부(31c)가 흡인 펌프(21)의 정지로부터 일정 시간 경과 후에 당해 흡인 펌프(21)를 구동시키고, 펌프 정지부(31d)가 흡인 펌프(21)의 구동으로부터 소정 시간 경과 후에 당해 흡인 펌프(21)를 정지시키도록 해도 된다. 또한, 이 경우, 기록부(31a) 및 산출부(31b)도 생략된다. 이 경우라도, 조수 효율의 저하를 억제하면서, 흡인 펌프(21)의 구동 전력을 억제할 수 있다. 즉, 정기적으로 흡인 펌프(21)를 구동시켜 공간(13a) 내의 기압을 포화 수증기압으로 함으로써, 당해 공간(13a) 내의 해수(S)의 증발이 촉진되므로, 조수 효율의 저하를 억제하면서, 흡인 펌프(21)의 구동 전력을 저감시킬 수 있다. 또한, 이 경우, 정기적으로 흡인 펌프(21)를 구동시킨다고 하는 단순한 제어로 되므로, 제어 장치(31)를 저렴하게 구축할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 담수화용 열매체가 태양열 집열기(40)에 의해 가열되는 예가 나타내어져 있지만, 이 담수화용 열매체는, 갱정(증기정)으로부터 채취된 증기나 온수, 공장 등으로부터 배출된 증기나 온수, 혹은, 바이오매스나 화석 연료를 열원으로 하는 보일러로부터 생성된 증기나 온수 등에 의해 가열되는 구성이라도 좋다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 조수 계통(201)에, 탈기통(41), 해수 유로(42) 및 탈기통용 펌프(43)가 부가되어도 된다. 탈기통(41)은, 기체 유로(20)에 있어서의 응축기(22)와 흡인 펌프(21) 사이에 설치된다. 이 탈기통(41)은, 소정의 공간(41a)이 형성된 본체부와, 당해 공간(41a)과 응축기(22)의 공간(22a)을 접속하는 접속 유로(41b)를 갖는다. 해수 유로(42)는, 공간(41a) 내를 통과하도록 설치되어 있어 그 내부를 해수(S)가 흐르는 유로이다. 탈기통용 펌프(43)는, 해수 유로(42)에 설치되어 있어 당해 해수 유로(42) 내로 해수(S)를 송입한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 이 해수(S)의 온도는, 예를 들어 25℃이다.
이와 같이, 제1 조수 계통(201)이 탈기통(41), 해수 유로(42) 및 탈기통용 펌프(43)를 포함하는 경우에 있어서 흡인 펌프(21)가 구동되면, 공간(22a) 내의 수증기(M)는 탈기통(41)의 공간(41a)에 이르고, 당해 공간(41a) 내에서 해수 유로(42) 내를 흐르는 해수(S)와 열교환됨으로써 응축된다. 이에 의해 생성된 담수(W)는, 접속 유로(41b)를 통해 공간(22a) 내로 복귀된다. 이와 같이 하면, 흡인 펌프(21)의 구동시에 응축기(22)의 공간(22a) 내의 수증기(M)가 흡인 펌프(21)측으로 흡인되었다고 해도, 당해 수증기(M)는, 탈기통(41)에서 응축되어 응축기(22)로 복귀되므로, 응축기(22)의 공간(22a) 내의 수증기(M)가 흡인 펌프(21)에 의해 흡인되어 조수량이 저하되는 등의 문제의 발생이 억제된다.

Claims (7)

  1. 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템이며,
    상기 발전 장치는, 외부로부터 공급되는 발전용 열매체와 작동 매체를 열교환시킴으로써 당해 작동 매체를 증발시키는 제1 열교환기와, 상기 작동 매체를 팽창시키는 팽창기와, 소정의 공간을 갖고 있고, 상기 작동 매체와 외부로부터 상기 공간에 공급된 해수를 열교환시킴으로써, 당해 작동 매체를 응축시키는 동시에 상기 해수를 증발시켜 수증기를 발생시키는 제2 열교환기와, 상기 제2 열교환기에서 응축된 작동 매체를 상기 제1 열교환기로 보내는 작동 매체 펌프가 직렬로 접속된 순환 회로와,
    상기 팽창기 내에서 상기 작동 매체가 팽창됨으로써 구동되는 발전기를 구비하고,
    상기 담수화 장치는, 상기 제2 열교환기의 상기 공간 내의 기체를 흡인하는 흡인 펌프와,
    상기 흡인 펌프의 구동을 제어하는 제어 장치와,
    외부로부터 공급되는 냉각 매체와 상기 제2 열교환기의 상기 공간으로부터 도입된 수증기를 열교환시킴으로써 당해 수증기를 응축시키는 응축기와,
    상기 응축기에서 응축된 담수를 저류하는 담수 저류 탱크를 구비하는, 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는, 정기적으로 상기 흡인 펌프를 구동시키도록 제어하는, 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 담수화 장치는, 상기 제2 열교환기의 상기 공간 내의 기압을 검지하는 압력 센서를 더 갖고,
    상기 제어 장치는, 상기 압력 센서에 의해 검지된 값이 상기 공간 내의 수증기의 포화 수증기압보다도 높은 소정값으로 되었을 때에 상기 공간 내의 기압이 포화 수증기압으로 되도록 상기 흡인 펌프의 구동을 제어하는, 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 담수화 장치는, 상기 제2 열교환기의 상기 공간 내의 온도를 검지하는 온도 센서를 더 갖고,
    상기 제어 장치는, 상기 온도 센서에 의해 검지된 온도로부터 당해 온도에서의 포화 수증기압을 산출하고, 산출된 상기 포화 수증기압을 상기 공간 내의 수증기의 상기 포화 수증기압으로 하여 상기 흡인 펌프의 구동을 제어하는, 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 담수화 장치는, 외부로부터 공급되는 담수화용 열매체와 해수를 열교환시킴으로써 당해 해수를 증발시키는 증발기와,
    해수를 상기 증발기로 송입하는 증발기용 펌프와,
    상기 증발기에서 발생한 수증기가 상기 제1 열교환기의 발전용 열매체로서 이용되도록 당해 수증기를 상기 제1 열교환기로 유도하는 제1 도입 유로와,
    상기 제1 열교환기에서 응축된 담수를 상기 담수 저류 탱크로 유도하는 제2 도입 유로를 더 구비하는, 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 응축기의 냉각 매체로서 해수가 사용되는, 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 담수화 장치는, 상기 증발기에 공급되는 담수화용 열매체를 가열하기 위한 태양열 집열기를 더 구비하는, 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템.
KR1020130110390A 2012-09-18 2013-09-13 발전 장치와 담수화 장치를 조합한 시스템 KR101442425B1 (ko)

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