KR101459702B1 - Membrane distillation apparatus by Using waste heat recovery - Google Patents

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박찬규
조은영
박승민
김환
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한국산업기술시험원
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Abstract

The present invention relates to a membrane distillation water treatment apparatus using waste heat of a marine vessel and, more specifically, to an efficient desalination apparatus having waste heat of a marine vessel as an energy source and using a membrane to reduce energy consumption. The apparatus comprises: a seawater storage unit (200) storing seawater; an exhaust gas supplying unit (110) supplying an exhaust gas of a marine vessel; a heat exchanging unit (100) making the seawater flew in from the seawater storage unit (200) to high temperature seawater by heat exchanging with the exhaust gas of the marine vessel supplied from the exhaust gas supplying unit (110); a clear water storage unit (400) storing clear water; and a desalination unit (300) changing seawater into fresh water by receiving high temperature seawater from the heat exchanging unit (100), receiving clear water from the clear water storage unit (400), and using directly contact type membrane distillation.

Description

해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치{Membrane distillation apparatus by Using waste heat recovery}[0001] The present invention relates to a membrane distillation apparatus using waste heat of marine vessels,

본 발명은 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해양 선박 엔진의 배기가스 폐열을 이용하여, 막증발법에 필요한 열에너지를 얻음으로써, 해수를 담수화하는 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a membrane distillation water treatment apparatus using marine vessel waste heat, and more particularly, to a marine vessel waste heat treatment apparatus using exhaust gas waste heat of an marine vessel engine to obtain thermal energy required for membrane evaporation method, To a membrane distillation water treatment apparatus.

일반적으로 해수 담수화에 있어서, 역삼투압방식(Reverse Osmosis type)이 많이 이용되고 있다.Generally, reverse osmosis (reverse osmosis) is widely used in seawater desalination.

그러나, 이러한 역삼투압 방식은 다단으로 형성되며 취수효율에 따라서 다수의 펌프가 설치되기 때문에 넓은 공간을 필요로 하고, 고압 펌프를 이용하는 관계로 상당한 진동이 발생하기 때문에 선박이나 해상 구조물 등에 적합하지 못하다.However, such a reverse osmosis system is formed in a multi-stage and requires a large space because a large number of pumps are installed according to the water intake efficiency, and since a considerable vibration occurs due to the use of a high-pressure pump, it is not suitable for ships or marine structures.

상술한 문제점 및 담수화과정에 필요한 에너지를 최소화하기 위하여 최근에는 선박 및 해상 구조물의 엔진을 식혀줌으로써, 가열된 냉각수를 저압 증발식 조수기를 통하여 저온에서 증발시키는 담수화 방법이 주목받고 있다.In recent years, in order to minimize the energy required for the above-described problems and the desalination process, a desalination method of evaporating the heated cooling water through a low-pressure evaporative water cleaner at a low temperature has been attracting attention by cooling the engines of ships and sea structures.

도 1은 엔진의 냉각수를 이용한 종래의 저압 증발식 담수화 장치를 도시하고 있다. 1 shows a conventional low pressure evaporative water desalination apparatus using cooling water of an engine.

도 1에 도시된 저압 증발식 담수화 장치는 저압 증발식 조수기에 의하여 해수를 증발시켜 청수를 생산하는 청수 생산수단(10)과, 상기 청수 생산수단(10)에 해수를 공급하는 해수 공급수단(20)과, 상기 청수 생산수단(10)의 저압 증발식 조수기에 열원인 냉각수를 공급하는 고온 냉각수공급수단(30) 및 상기 고온 냉각수공급수단(30)의 냉각수를 상기 청수 생산수단(10)으로 순환시키는 열 순환수단(40)으로 구성된다.The low pressure evaporative desalination apparatus shown in FIG. 1 comprises a fresh water producing means 10 for producing fresh water by evaporating seawater by means of a low pressure evaporation type generator, seawater supplying means for supplying seawater to the fresh water producing means 10 And a cooling water supply unit for supplying the cooling water of the high temperature cooling water supply unit to the fresh water producing unit, And a heat circulation means 40 for circulating the heat to the atmosphere.

상기 청수 생산수단(10)은 내부에 진공을 만들어 해수의 끓는 온도 즉, 비등점을 낮춤으로써 발전기용 엔진의 남는 열원인 냉각수를 이용하여 청수를 생산할 수 있도록 하는 저압 증발식 조수기(11)가 구비된다. 상기 저압 증발식 조수기(11)에는 발전기용 엔진의 열교환기로부터 상기 고온 냉각수공급수단(30)에 의하여 냉각수가 공급되는데, 이때 상기 저압 증발식 조수기(11)를 순환하는 냉각수의 온도가 낮을 경우 이 냉각수를 상기 저압 증발식 조수기(11)의 운전에 필요한 온도까지 가열하는 전기 가압히터(12)가 구비되는 한편, 상기 저압 증발식 조수기(11)로부터 생산된 청수를 저장하는 청수 저장탱크(13) 및 저장된 청수를 필요한 곳으로 이송하는 청수 이송펌프(14)가 더 구비된다.The fresh water producing means 10 is provided with a low-pressure evaporative water generator 11 for producing a fresh water by using a cooling water which is a remaining heat source of the generator engine by lowering the boiling temperature of the seawater, that is, the boiling point, do. In the low-pressure evaporative water generator 11, cooling water is supplied from the heat exchanger of the engine for generator to the high-temperature cooling water supply means 30. At this time, the temperature of the cooling water circulating in the low- Pressure evaporator 12 for heating the cooling water to a temperature required for operation of the low-pressure evaporative water maker 11, and a fresh water reservoir for storing fresh water produced from the low-pressure evaporative water generator 11 A tank 13 and a fresh water transfer pump 14 for transferring the stored fresh water to a required place.

또한, 상기 청수 생산수단(10)의 저압 증발식 조수기(11)에 열원인 냉각수를 공급하는 고온 냉각공급수단(30)은 선박이나 구조물에 자체전력을 생산하여 공급하는 발전기용 엔진(31)이 구비되고, 상기 발전기용 엔진(31)에는 상기 발전기용 엔진(31)을 구동시 발생하는 고열을 냉각시키는 열교환기(32)가 각각 구비된다.The high-temperature cooling and supplying means 30 for supplying cooling water, which is a heat source, to the low-pressure evaporative water generator 11 of the fresh water producing means 10 includes a generator engine 31 for generating and supplying power to the ship or structure, And the generator engine 31 is provided with a heat exchanger 32 for cooling the high temperature generated when the generator engine 31 is driven.

따라서, 상기 열교환기(32)를 순환하면서 뜨거워진 냉각수가 열 순환수단(40)에 의하여 상기 청수 생산수단(10)의 저압 증발식 조수기(11)에 공급되는데, 이때, 상기 발전기용 엔진(31)의 구동조건이나 부하변동에 따른 구동환경이 일정하지 못하여 공급되는 냉각수의 온도가 낮을 경우에는 상기 전기 가압히터(12)에 의하여 상기 저압 증발식 조수기(11)의 운전에 필요한 온도까지 냉각수를 가열함으로써, 저압 증발식 조수기(11)가 청수를 생산하는 담수화 장치이다.The cooling water heated and circulated in the heat exchanger 32 is supplied to the low pressure evaporative water generator 11 of the fresh water producing means 10 by the heat circulating means 40. At this time, 31) and the temperature of the cooling water to be supplied is low due to a non-constant driving environment due to the load variation, the electric pressure heater 12 controls the temperature of the cooling water to the temperature required for the operation of the low- And the low pressure evaporation type water conditioner 11 produces fresh water.

상기 저압 증발식 담수화 장치는 역삼투압방식(Reverse Osmosis type)에 비하여 좁은 공간을 필요로 하며 엔진의 폐열 활용이 가능하다는 장점을 가지지만, 부족한 열에너지의 보충을 위하여 추가적인 열 공급수단 및 압력 조절을 위한 에너지 공급수단이 필요하다는 것은 부정할 수 없는 사실이다.
The low-pressure evaporative desalination unit requires a narrow space compared with the reverse osmosis type and has an advantage that the waste heat of the engine can be utilized. However, in order to supplement the lack of heat energy, additional heat supply means and pressure control It is an undeniable fact that energy supply means are needed.

한국공개특허 제2011-0030044호Korea Patent Publication No. 2011-0030044

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 엔진의 배기가스 폐열을 이용하여 만들어진 고온의 해수를 막증발법(Membrane distillation)을 통하여 담수화 시킴으로써, 상기 저압 증발법에서 압력 변화를 위해 사용되는 에너지를 감소시켜 효율적인 담수화가 가능한 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치를 제공함에 있다.
DISCLOSURE Technical Problem Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of desalinating high temperature seawater produced by using exhaust gas waste heat of an engine through membrane distillation, The present invention provides a membrane distillation water treatment apparatus using marine vessel waste heat capable of reducing the energy used for pressure change and efficiently desalinating water.

본 발명인 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치, 해수가 보관되는 해수 보관부(200); 배기가스를 공급하는 배기가스 공급부(110); 상기 해수 보관부(200)에서 유입된 해수를 상기 배기가스 공급부(110)에서 공급받은 배기가스와 열교환시켜 고온의 해수로 만드는 열교환부(100); 청수를 보관하는 청수 보관부(400); 상기 열교환부(100)에서 고온의 해수를 공급받고, 상기 청수 보관부(400)에서 청수를 공급받아 직접 접촉형 막증류를 이용하여 해수를 담수로 변화시키는 담수화부(300)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A membrane distillation water treatment apparatus using marine vessel waste heat according to the present invention, a seawater storage unit 200 for storing seawater; An exhaust gas supply unit 110 for supplying exhaust gas; A heat exchange unit 100 for exchanging the seawater introduced from the seawater storage unit 200 with the exhaust gas supplied from the exhaust gas supply unit 110 to convert the seawater into high temperature seawater; A fresh water storage part 400 for storing fresh water; And a desalination unit 300 that receives high temperature seawater from the heat exchange unit 100 and receives fresh water from the fresh water storage unit 400 and converts the seawater into fresh water using direct contact type membrane distillation .

또한, 해수가 보관되는 해수 보관부(200); 배기가스를 공급하는 배기가스 공급부(110); 상기 해수 보관부(200)에서 유입된 해수를 상기 배기가스 공급부(110)에서 공급받은 배기가스와 열교환시켜 고온의 해수로 만드는 열교환부(100); 상기 열교환부(100)에서 고온의 해수를 공급받아, 진공 막증류를 이용하여 해수를 담수로 변화시키는 담수화부(300);를 포함하며 상기 담수화부(300)는, 진공펌프(340)에서 흡수된 수증기를 응축시키는 냉각부(350), 및 상기 냉각부(350)에서 생성된 청수를 보관하는 청수 보관부(400)가 구비되는 것을 특징으로 한다.A seawater storage unit 200 for storing seawater; An exhaust gas supply unit 110 for supplying exhaust gas; A heat exchange unit 100 for exchanging the seawater introduced from the seawater storage unit 200 with the exhaust gas supplied from the exhaust gas supply unit 110 to convert the seawater into high temperature seawater; And a desalination unit 300 for receiving seawater at a high temperature from the heat exchanging unit 100 and converting seawater into fresh water using vacuum film distillation. The desalination unit 300 includes a desalination unit 300, And a fresh water storage unit 400 for storing the fresh water generated by the cooling unit 350. The fresh water storage unit 400 is provided with a cooling unit 350 for condensing the generated steam.

또한, 상기 담수화부(300)는, 상기 열교환부(100)에서 유입된 고온의 해수가 통과되어 상기 열교환부(100)로 회수되는 순환 구조를 가지는 증발부(310)와, 상기 청수 보관부(400)에서 유입된 청수가 통과되어 상기 청수 보관부(400)로 회수되는 순환 구조를 가지는 응축부(320), 및 상기 증발부(310)와 상기 응축부(320)를 구획하는 멤브레인(330)을 포함하는 것을 특징으로 한다.The desalination unit 300 includes an evaporation unit 310 having a circulation structure in which the high temperature seawater introduced from the heat exchange unit 100 passes and is recovered to the heat exchange unit 100, A condenser 320 having a circulation structure for passing the fresh water introduced from the evaporator 310 to the fresh water storage 400 and a membrane 330 for partitioning the evaporator 310 and the condenser 320, And a control unit.

또한, 상기 담수화부(300)는, 상기 열교환부(100)에서 유입된 고온의 해수가 통과되어 상기 열교환부(100)로 회수되는 순환 구조를 가지는 증발부(310)와, 상기 진공펌프(340)의 작용을 통하여 진공상태가 유지되는 응축부(320), 및 상기 증발부(310)와 상기 응축부(320)를 구획하는 멤브레인(330)을 포함하는 것을 특징으로 한다.The desalination unit 300 includes an evaporation unit 310 having a circulation structure in which hot seawater introduced from the heat exchange unit 100 passes and is recovered to the heat exchange unit 100, And a membrane 330 for partitioning the evaporator 310 and the condenser 320. The condenser 320 may be a vacuum condenser,

또한, 상기 멤브레인(330)은 상기 증발부(310)에 유입된 해수의 증발 작용을 통하여 발생된 수증기가 투과 가능한 소수성 고분자 분리막으로 이루어지고, 상기 응축부(320)는 상기 멤브레인(330)에서 투과된 수증기를 소정의 응축 과정을 통하여 담수로 만들어 상기 청수 보관부(400)로 보내는 것을 특징으로 한다.The membrane 330 is made of a hydrophobic polymer membrane capable of permeating water vapor generated through evaporation of seawater flowing into the evaporator 310. The condenser 320 is permeable to the membrane 330, The water vapor is converted into fresh water through a predetermined condensation process and sent to the fresh water storage unit 400.

또한, 상기 열교환부(100)는, 상기 담수화부(300)의 담수화 반응을 통하여 염분이 증가된 해수를 선박 외부로 배출하기 위하여 구비되는 제2 해수 배출부(101)와, 상기 열교환부(100)로 외부 해수의 직접 유입을 위한 제2 해수 유입부(102)를 포함하며, 상기 제2 해수 유입부(102) 및 상기 제2 해수 배출부(101)에 해수 살균을 위하여 구비되는 제2 살균부(120)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The heat exchange unit 100 includes a second seawater discharge unit 101 for discharging seawater having increased salinity through the desalination reaction of the desalination unit 300 to the outside of the ship, And a second sterilizing unit 102 for sterilizing seawater in the second seawater inlet 102 and the second seawater discharge unit 101. The second sterilizing unit 102 is installed in the second seawater discharge unit 101, (120). ≪ IMAGE >

또한, 상기 열교환부(100)는 복수개로 구성되는 것을 특징으로 한다.Further, the heat exchanging part (100) is characterized by a plurality of heat exchanging parts (100).

또한, 상기 해수 보관부(200)는, 제1 해수 유입부(211)와 제1 해수 배출부(212)를 포함하며, 상기 제1 해수 유입부(211) 및 상기 제1 해수 배출부(212)에 해수 살균을 위하여 구비되는 제1 살균부(220)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The seawater storage unit 200 includes a first seawater inflow unit 211 and a first seawater discharge unit 212. The first seawater inflow unit 211 and the first seawater discharge unit 212 And a first sterilizing unit 220 provided for sterilizing the seawater.

또한, 상기 청수 보관부(400)는, 청수 보관을 위한 청수 탱크(410)가 구성되고, 상기 청수 탱크(410)는 청수 유입을 위한 청수 유입부(411) 및 청수 배출을 위한 청수 배출부(412)를 가지며, 상기 청수 탱크(410)에 저장된 청수를 상기 해수 보관부(200)로 보내기 위한 운송부(420)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The fresh water storage unit 400 includes a fresh water tank 410 for storing fresh water, and the fresh water tank 410 includes a fresh water inflow unit 411 for fresh water inflow and a fresh water discharge unit 412) and a transport unit 420 for sending fresh water stored in the fresh water tank 410 to the seawater storage unit 200.

또한, 상기 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치(1000)는, 상기 증발부(310)에서 배출된 해수와 열교환하는 탱크(500)를 포함하고, 상기 증발부(310)에서 배출된 해수가 상기 탱크(500)에 구비되는 유체와 열교환 후 열교환부(100)로 리턴되는 것을 특징으로 한다.The membrane distillation water treatment apparatus 1000 using marine vessel waste heat includes a tank 500 for performing heat exchange with seawater discharged from the evaporator 310, And is returned to the heat exchange unit 100 after heat exchange with the fluid contained in the tank 500.

또한, 상기 해수 보관부(200)는, 선박의 흘수 및 트림을 조절하기 위하여 물을 보관하는 밸러스트(210)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the seawater storage unit 200 includes a ballast 210 for storing water to control a draft and a trim of the ship.

또한, 상기 열교환부(100)는, 상기 해수 보관부(200)에서 유입되는 유량 조절을 위한 제1 제어부(130), 상기 증발부(310)는 상기 열교환기에서 유입되는 고온의 해수 유량 및 유속을 조절하는 제2 제어부(311), 및 상기 응축부(320)는 상기 청수 보관부(400)에서 유입되는 청수의 유량 및 유속을 조절하는 제3 제어부(321)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The heat exchanging unit 100 may include a first control unit 130 for controlling the flow rate of the water introduced from the seawater storage unit 200 and a second control unit 130 for controlling the flow rate of the hot seawater flowing in the heat exchanger, And a third controller 321 for controlling the flow rate and the flow rate of the fresh water flowing in the fresh water storage unit 400. The third controller 321 controls the flow rate of fresh water flowing in the fresh water storage unit 400. [

또한, 상기 열교환부(100)는, 상기 해수 보관부(200)에서 유입되는 유량 조절을 위한 제1 제어부(130)와, 상기 증발부(310)는 상기 열교환기에서 유입되는 고온의 해수 유량 및 유속을 조절하는 제2 제어부(311)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
The heat exchanging unit 100 may include a first control unit 130 for controlling the flow rate of the refrigerant introduced from the seawater storage unit 200 and a second control unit 130 for controlling the flow rate of the hot seawater flowing in the heat exchanger, And a second control unit 311 for controlling the flow rate.

상기와 같은 구성에 의한 본 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치는, 엔진에서 배출된 배기가스를 열원으로 하여 유입된 해수를 고온의 해수로 만들며, 상기 고온의 해수에 포함된 수증기를 막증발법을 통하여 담수화 함으로써, 해수의 담수화에 필요로 하는 에너지의 소모를 최소화하였다.The membrane distillation water treatment apparatus using the waste water of the marine vessel having the above-described construction is characterized in that the exhaust gas discharged from the engine is used as a heat source to convert the seawater into high temperature seawater, and the steam contained in the high- To minimize the consumption of energy required for desalination of seawater.

또한, 상기해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치에 구비되는 살균부를 통하여 밸러스트에 출입되는 해수의 1차 살균이 가능하고, 열교환부의 가열을 통하여 2차적 살균이 가능하다는 장점이 있다.In addition, there is an advantage that primary sterilization of seawater entering and exiting the ballast can be performed through the sterilizing section provided in the membrane distillation water treatment apparatus using the marine vessel waste heat, and secondary sterilization is possible through heating of the heat exchanging section.

또한, 1차 및 2차 살균과정을 거쳐 밸러스트에 저장되어 있는 물을 살균하여 배출함으로써, 해양의 오염을 방지하는 장점이 있다.
In addition, there is an advantage of preventing contamination of the ocean by sterilizing and discharging the water stored in the ballast through the first and second sterilization processes.

도 1은 종래의 청수생산 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치(직접 접촉형 막증류)의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치(진공 막증류)의 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 직접 접촉형 막증류 및 진공 막증류의 멤브레인 블록도.1 is a schematic view showing a conventional fresh water producing apparatus.
2 is a schematic view of a membrane distillation water treatment apparatus (direct contact type membrane distillation) using marine vessel waste heat according to the present invention.
3 is a schematic view of a membrane distillation water treatment apparatus (vacuum membrane distillation) using marine vessel waste heat according to the present invention.
4 is a membrane block diagram of direct contact type membrane distillation and vacuum membrane distillation according to the present invention.

이하, 상기와 같은 본 발명인 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치(1000)에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the membrane distillation water treatment apparatus 1000 using marine vessel waste heat according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 2에 도시한 본 발명인 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치(1000)는 열교환부(100), 배기가스 공급부(110), 해수 보관부(200), 담수화부(300), 청수 보관부(400) 및 온수탱크(500)를 포함하여 구성된다.The membrane distillation water treatment apparatus 1000 using marine vessel waste heat according to the present invention shown in FIG. 2 comprises a heat exchange unit 100, an exhaust gas supply unit 110, a seawater storage unit 200, a desalination unit 300, 400 and a hot water tank 500.

상기 열교환부(100)는 상기 배기가스 공급부(110)에서 본 발명인 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치(1000)의 에너지원이 되는 배기가스를 공급받는다.The heat exchanging unit 100 receives the exhaust gas, which is an energy source of the membrane distillation water treatment apparatus 1000 using the marine vessel waste heat, according to the present invention in the exhaust gas supply unit 110.

또한, 상기 열교환부(100)는 상기 배기가스 공급부(110)에서 공급받은 배기가스와 열교환을 위한 해수를 상기 해수 보관부(200)에서 공급받는다.The heat exchange unit 100 receives seawater for heat exchange with the exhaust gas supplied from the exhaust gas supply unit 110 from the seawater storage unit 200.

상기 열교환부(100)는 상기 배기가스 공급부(110)에서 공급받은 배기가스와 상기 해수 보관부(200)에서 공급받은 해수의 열교환을 통하여 고온의 해수를 만든다.The heat exchange unit 100 exchanges heat between the exhaust gas supplied from the exhaust gas supply unit 110 and the seawater supplied from the seawater storage unit 200 to produce high temperature seawater.

도면 상에는 도시하지 않았지만, 상기 배기가스 공급부(110)는 고온 고압의 배기가스를 상기 열교환부(100)에 공급하기 위하여 상기 열교환부(100)와 상기 배기가스 공급부(110)의 연결부위 중 소정의 위치에 압축기(compressor)가 구비될 수 있다.Although not shown in the drawings, the exhaust gas supply unit 110 may include a predetermined portion of the connection portion between the heat exchange unit 100 and the exhaust gas supply unit 110 to supply exhaust gas of high temperature and high pressure to the heat exchange unit 100 A compressor may be provided at the position.

또한, 상기 배기가스 공급부(110)는 상기 열교환부(100)에 공급된 배기가스가 상기 해수 보관부(200)에서 유입되는 해수와 열교환 후 외부로 쉽게 배출되기 위하여 기체의 이동을 돕기 위한 펌프가 구비될 수 있다. The exhaust gas supply unit 110 includes a pump for assisting the movement of the exhaust gas to be discharged to the outside after heat exchange with the seawater flowing into the seawater storage unit 200 from the exhaust gas supplied to the heat exchange unit 100 .

상기 배기가스 공급부(110)는 펌프 외에도 다양한 기체의 이동을 돕기 위한 수단이 구비될 수 있으며, 배기가스의 외부 배출이 용이할 정도면 충분하고 배기가스의 이동 및 배출을 위한 방법은 제한하지 않는다.The exhaust gas supply unit 110 may include means for assisting the movement of various gases in addition to the pump. The exhaust gas supply unit 110 is sufficient to easily exhaust the exhaust gas, and the method for moving and discharging the exhaust gas is not limited.

상기 열교환부(100)는 상기 해수 보관부(200)에서 유입된 해수와 상기 배기가스 공급부(110)에서 공급된 배기가스의 열교환을 위하여 침탐식형 열교환기, 판형 열교환기, 또는 쉘앤튜브(shell and tube)형 열교환기와 같은 다양한 열교환기가 사용될 수 있으며, 열교환은 다양한 방법에 의하여 이루어질 수 있으므로 그 방법은 제한하지 않는다.The heat exchanging unit 100 may be a submerged type heat exchanger, a plate type heat exchanger, or a shell-and-tube type heat exchanger for heat exchange between the sea water introduced from the seawater storage unit 200 and the exhaust gas supplied from the exhaust gas supply unit 110. [ and tube type heat exchanger can be used, and heat exchange can be performed by various methods, so the method is not limited.

상기 담수화부(300)는 상기 열교환부(200)에서 공급된 고온의 해수를 막증류를 통하여 담수화한다.The desalination unit 300 desalinates the high temperature seawater supplied from the heat exchanging unit 200 through membrane distillation.

이때, 도면상에는 도시하지 않았지만, 상기 열교환부(100)와 상기 담수화부(300) 사이에는 해수의 불규칙적인 유동 방지를 위한 보존탱크가 구비될 수 있다.At this time, although not shown in the drawing, a storage tank for preventing irregular flow of seawater may be provided between the heat exchanging unit 100 and the desalination unit 300.

상기 보존탱크는 상기 열교환부(100)에서 유입된 해수를 보관 후 상기 담수화부(300)로 이동시켜 담수화부(300)로 유입되는 해수의 불규칙적인 흐름을 방지한다.The storage tank moves seawater introduced from the heat exchange unit 100 to the desalination unit 300 to prevent irregular flow of seawater flowing into the desalination unit 300.

또한, 상기 보존탱크는 상기 열교환부(100)에서 유입된 해수를 소정의 온도로 유지하여 상기 담수화부(300)로 유입 시키는 부가적인 기능도 가능하다.Also, the storage tank may have an additional function of holding the seawater introduced from the heat exchange unit 100 at a predetermined temperature and flowing the seawater into the desalination unit 300.

즉, 상기 보존탱크는 상기 열교환부(100)에서 상기 담수화부(300)로 이송되는 해수의 흐름 및 온도를 소정의 수치로 조절하는 역할을 하는 것이다.That is, the storage tank controls the flow and temperature of the seawater transferred from the heat exchange unit 100 to the desalination unit 300 to a predetermined value.

상기 담수화부(300)는 막증류 방법에 따라서 다양한 구성을 가진다.The desalination unit 300 has various configurations according to a membrane distillation method.

도 2에서는 이러한 다양한 막증류 방법 중 직접 접촉형 막증류(Direct Contact Membrane Distillation)를 도시하였다.FIG. 2 shows direct contact membrane distillation among these various membrane distillation methods.

상기 담수화부(300)는 직접 접촉형 막증류를 위하여 상기 열교환부(100)에서 고온의 해수를 유입받는 증발부(310)와, 상기 청수 보관부(400)에서 저온의 청수가 유입되는 응축부(320)를 포함하여 구성된다.The desalination unit 300 includes an evaporation unit 310 for receiving high temperature seawater from the heat exchange unit 100 for direct contact type membrane distillation and a condensation unit 310 for receiving low temperature fresh water from the fresh water storage unit 400. [ (320).

또한, 상기 담수화부(300)는 상기 열교환부(100)에서 유입되는 고온의 해수와 상기 청수 보관부(400)에서 유입되는 저온의 청수를 구획하는 멤브레인(330)을 포함한다.The desalination unit 300 includes a membrane 330 for separating high temperature seawater flowing into the heat exchange unit 100 and low temperature fresh water flowing from the fresh water storage unit 400.

상기 담수화부(300)로 유입된 고온의 해수는 상기 담수화부(300)에 구성되는 증발부(310)를 통하여 상기 열교환부(100)로 회수되는 순환 구조를 가진다.The high temperature seawater flowing into the desalination unit 300 has a circulation structure that is recovered to the heat exchange unit 100 through the evaporation unit 310 formed in the desalination unit 300.

또한, 상기 청수 보관부(400)에서 유입된 저온의 청수는 상기 응축부(320)를 통하여 다시 상기 청수 보관부(400)로 회수되는 순환 구조를 가진다.The fresh water flowing in from the fresh water storage part 400 is recycled to the fresh water storage part 400 through the condensing part 320.

이때, 상기 증발부(310)를 순환하는 고온의 해수와 상기 응축부(320)를 순환하는 저온의 청수를 구획하는 상기 멤브레인(330)은, 직접 접촉형 막증류 반응을 통하여 증발부(310)를 순환하는 고온의 해수를 멤브레인(330)을 통하여 담수화 시킨다.The membrane 330 separating the high temperature seawater circulating in the evaporator 310 and the cold water in the low temperature circulating in the condenser 320 is supplied to the evaporator 310 through a direct contact membrane distillation reaction, The high-temperature seawater circulating through the membrane 330 is desalinated.

상세하게 설명하면, 상기 담수화부(300)에서 일어나는 직접 접촉형 막증류는 상기 증발부(310)에 유입되는 고온의 해수가 상기 멤브레인(330)의 막 표면과 직접 접촉하면서 발생된다.In detail, the direct contact type membrane distillation occurring in the desalination part 300 is generated while the high-temperature seawater flowing into the evaporator 310 directly contacts the membrane surface of the membrane 330.

즉, 상기 증발부(310)에 유입된 고온의 해수에 존재하는 수증기는, 상기 담수화부(300)상에서 비교적 높은 증기압을 가지는 고온의 해수와 상기 멤브레인(330)의 공극 사이의 증기압 차로 인하여, 멤브레인(330)의 공극으로 이동되는 것이다.That is, the water vapor present in the high-temperature seawater flowing into the evaporator 310 is separated from the membrane 330 due to the difference in vapor pressure between the seawater having a relatively high vapor pressure on the desalter 300 and the air gap of the membrane 330, (330).

또한, 상기 멤브레인(330)의 공극으로 이동된 수증기는 상기 담수화부(300)상에서 비교적 낮은 증기압을 가지는 상기 응축부(320)로 다시 이동되는 것이다.The water vapor moved to the gap of the membrane 330 is moved to the condenser 320 having a relatively low vapor pressure on the desalination unit 300.

따라서, 상기 멤브레인(330)은 수증기가 통과 가능한 소수성 고분자 분리막으로 이루어지다.Accordingly, the membrane 330 is made of a hydrophobic polymer membrane through which water vapor can pass.

상세히 설명하면, 상기 증발부(310)에 유입된 고온의 해수에 존재하는 수증기는, 상기 멤브레인(330)에 형성된 다수의 기공을 통과하여 상기 응축부(320)를 순환하는 저온의 청수에 유입된다. In detail, the water vapor present in the high-temperature seawater flowing into the evaporator 310 passes through the plurality of pores formed in the membrane 330 and flows into the fresh water circulating in the condenser 320 .

이와 같이, 상기 담수화부(300)에서 일어나는 직접 접촉형 막증류는, 상기 멤브레인(330)에 구획되어 순환되는 상기 증발부(310) 상의 고온의 해수 및 상기 응축부(320) 상의 저온의 청수의 증기압 차를 구동력으로 한다.The direct contact type membrane distillation occurring in the desalination unit 300 may be performed by using the high temperature seawater on the evaporation unit 310 partitioned and circulated in the membrane 330 and the low temperature fresh water on the condensation unit 320 Make the vapor pressure difference a driving force.

따라서, 도 4의 (a)를 참조하여 설명하면 상기 증발부(310)를 순환하는 고온의 해수는 상기 응축부(320)를 순환하는 저온의 청수보다 높은 증기압을 가지므로, 상기 증발부(310)를 순환하는 고온의 해수에 존재하는 수증기는, 상기 멤브레인(330)에 형성된 다수의 기공을 통과하여 상기 응축부(320)를 순환하는 저온의 청수로 유입되어 액화된다.4A, the high-temperature seawater circulating in the evaporator 310 has a higher vapor pressure than the low-temperature fresh water circulating in the condenser 320, so that the evaporator 310 The water vapor in the high temperature seawater circulating through the condenser 320 flows through the plurality of pores formed in the membrane 330 and flows into the low temperature fresh water circulating through the condenser 320 to be liquefied.

도 2에 도시된 바에 의하면, 상기 담수화부(300)에서 직접 접촉형 막증류를 통하여 형성된 담수는 상기 응축부(320)를 순환하는 저온의 청수에 유입되어 청수가 보관되는 상기 청수 보관부(400)로 유입됨으로써, 청수 보관부(400)에 보관되는 청수를 증가시킨다.2, the fresh water formed through direct contact type membrane distillation in the desalination part 300 flows into the fresh water circulating in the condensing part 320 and flows into the fresh water storage part 400 Thereby increasing the fresh water stored in the fresh water storage part 400. [

상기 청수 보관부(400)는 상기 담수화부(300)에서 일어나는 담수화 과정을 통하여 증가되는 청수를 저장하기 위한 단수 또는 복수개의 청수 탱크(410)를 포함한다.The fresh water storage unit 400 includes a single or a plurality of fresh water tanks 410 for storing fresh water increased through the desalination process occurring in the desalination unit 300.

상기 청수 탱크(410)는 청수 저장 용량 초과 시 생성된 청수의 저장을 위하여 상기 해수 보관부(200)에 포함되는 선박의 흘수 및 트림을 조절하기 위하여 물을 보관하는 단수 또는 복수의 밸러스트(210)를 사용한다.The fresh water tank 410 may include a single or a plurality of ballasts 210 for storing water to control the draft and trim of the ship included in the seawater storage unit 200 for storing fresh water generated when the fresh water storage capacity is exceeded, Lt; / RTI >

따라서, 상기 청수 탱크(410)는 상기 밸러스트(210)를 청수 저장 공간으로 이용하기 위하여 청수 탱크(410)와 밸러스트(210)를 연결하는 운송부(420)를 포함하여 구성된다.Therefore, the fresh water tank 410 includes a transport unit 420 connecting the fresh water tank 410 and the ballast 210 to use the ballast 210 as a fresh water storage space.

상기 해수 보관부(200)는 해수의 유입 및 배출을 위하여 구성되는 제1 해수 유입부(211) 및 제1 해수 배출부(212)를 포함하여 구성된다.The seawater storage unit 200 includes a first seawater inlet 211 and a first seawater discharge unit 212 configured to receive and discharge seawater.

상기 제1 해수 유입부(211) 및 제1 해수 배출부(212)는 상기 해수 보관부(200)로 유입 및 유출되는 해수의 살균을 위하여 구성되는 제1 살균부(220)를 포함한다.The first seawater inflow section 211 and the first seawater discharge section 212 include a first sterilizing section 220 configured to sterilize seawater flowing into and out of the seawater storage section 200.

상기 제1 살균부(220)는 가열법, 여과법, 조사법, 가스법, 약액법과 같은 다양한 살균방법으로 구성이 가능하지만, 효율적인 해수의 살균을 위하여 바이러스 및 세균의 살균에 뛰어난 자외선 살균법을 권장한다.The first sterilizing unit 220 may be composed of various sterilization methods such as a heating method, a filtration method, an irradiation method, a gas method, and a chemical solution method. However, in order to efficiently sterilize seawater, an ultraviolet sterilization method excellent in sterilization of viruses and germs is recommended .

상기 해수 보관부(200)는 상기 열교환부(100)로 공급하는 해수의 양을 조절하기 위하여 구성되는 제1 제어부(130)를 포함한다.The seawater reservoir 200 includes a first controller 130 configured to regulate the amount of seawater supplied to the heat exchanger 100.

상기 제1 제어부(130)는 상기 열교환부(100)에 필요한 양만큼의 해수를 공급하여, 열교환기(100)에서 일어나는 열교환 작용에 최적화된 해수의 양을 유지시킨다.The first control unit 130 supplies the required amount of seawater to the heat exchange unit 100 to maintain the amount of seawater optimized for the heat exchange action occurring in the heat exchanger 100.

또한, 상기 열교환부(100)는 해수의 유입 및 배출을 위하여 구성되는 제2 해수 유입부(102)와 제2 해수 배출부(101)를 포함하여 구성된다.The heat exchange unit 100 includes a second seawater inflow unit 102 and a second seawater discharge unit 101 configured to inflow and discharge seawater.

상기 제2 해수 유입부(102)와 제2 해수 배출부(101)는, 상기 열교환부(100)로 유입 및 배출되는 해수의 살균을 위하여 구성되는 제2 살균부(120)를 포함한다.The second seawater inflow section 102 and the second seawater discharge section 101 include a second sterilizing section 120 configured to sterilize seawater flowing into and out of the heat exchange section 100.

상기 제2 살균부(120)는 가열법, 여과법, 조사법, 가스법 또는 약액법과 같은 다양한 살균방법으로 구성이 가능하지만, 효율적인 해수의 살균을 위하여 바이러스 및 세균의 살균에 뛰어난 자외선 살균법을 권장한다.The second sterilizing unit 120 may be composed of various sterilization methods such as a heating method, a filtration method, an irradiation method, a gas method or a chemical solution method. However, in order to efficiently sterilize seawater, an ultraviolet sterilization method excellent in sterilization of viruses and bacteria is recommended .

상기 담수화부(300)는 상기 열교환부(100)에서 유입 및 배출되는 해수의 온도측정과 유량 및 유속을 조절하기 위하여 구성되는 제2 제어부(311)를 포함한다.The desalination unit 300 includes a second control unit 311 configured to measure the temperature of the seawater flowing in and out of the heat exchange unit 100 and to control the flow rate and the flow rate.

또한, 상기 담수화부(300)는 상기 담수화부에 구성된 응축부(320)를 순환하는 상기 청수 보관부(400)에서 유입되는 해수의 온도측정과 유량 및 유속을 조절하기 위하여 구성되는 제3 제어부(321)를 포함한다.The desalination unit 300 may include a third controller (not shown) configured to measure the temperature of the seawater flowing in the fresh water storage unit 400 circulating through the condenser 320, 321).

상기 담수화부(300)에서 일어나는 직접 접촉형 막증류 반응은 상기 담수화부(300)에 구성된 증발부(310) 및 응축부(320)를 순환하는 유입수의 온도차에 의한 증기압의 차를 담수화의 구동력으로 삼는다.The direct contact type membrane distillation reaction occurring in the desalination part 300 is performed by controlling the difference in vapor pressure due to the temperature difference between the influent water circulating in the evaporator part 310 and the condenser part 320 constituted in the desalination part 300, I will.

따라서, 상기 제2 제어부(311)는 상기 열교환부(100)에서 상기 증발부(310)로 고온의 해수가 유입되는 시점을 해수의 온도에 따라 결정한다.Accordingly, the second control unit 311 determines the time when the high-temperature seawater flows into the evaporator 310 from the heat exchange unit 100 according to the temperature of the seawater.

상세히 설명하면, 상기 제3 제어부(321)는 상기 청수 보관부(400)에서 상기 응축부(320)로 유입되는 청수의 온도를 측정하고, 상기 제2 제어부(311)는 상기 열교환부(100)에서 상기 증발부(310)로 유입되는 해수의 온도를 측정한다.The third control unit 321 measures the temperature of fresh water flowing into the condensing unit 320 from the fresh water storage unit 400 and the second control unit 311 measures the temperature of the fresh water flowing into the heat exchange unit 100. [ The temperature of the seawater flowing into the evaporator 310 is measured.

상기 제2 제어부(311)는 상기 열교환부(100)에서 유입되는 해수의 온도가 상기 청수 보관부(400)에서 유입되는 청수의 온도와 직접 접촉형 막증류가 효율적으로 일어나는 소정의 차이를 이루면, 열교환부(100)에서 상기 증발부(310)로 해수를 유입시킨다.If the temperature of the seawater flowing in the heat exchanging unit 100 has a predetermined difference with respect to the temperature of the fresh water flowing in the fresh water storage unit 400 and the direct contact type membrane distillation efficiently occurs, And the seawater is introduced into the evaporator 310 from the heat exchanging unit 100.

또한, 상기 담수화부(300)에서 일어나는 직접 접촉형 막증류는 유입수의 유량 및 유속에 따라서 담수화되는 해수의 양이 변화하기 때문에 상기 제2 제어부(311) 및 제3 제어부(321)는 상기 담수화부(300)에 유입되는 해수 및 청수의 유량과 유속을 제어함으로써, 효율적인 담수화 반응을 가능하게 한다.Also, the direct contact type membrane distillation occurring in the desalination part 300 changes the amount of seawater to be desalinated according to the flow rate and the flow rate of the influent water. Therefore, the second control part 311 and the third control part 321, By controlling the flow rate and the flow rate of the seawater and fresh water flowing into the water tank 300, an efficient desalination reaction is enabled.

또한, 상기 멤브레인(330)의 기공 크기에 따라 상기 담수화부(300)에서 생산되는 담수의 양과 수질이 변화된다.Also, the amount of fresh water produced by the desalination unit 300 and the quality of the water are changed according to the pore size of the membrane 330.

따라서, 상기 멤브레인(330)의 기공 크기는 다양한 값을 가지는 것이 가능하지만 기공의 크기가 1.2㎛를 초과하면 멤브레인(330)이 물에 젖는 현상이 발생되어 담수화 반응이 이루어지지 않는다.Therefore, although the pore size of the membrane 330 can have various values, when the size of the pore exceeds 1.2 탆, the membrane 330 is wetted with water and the desalination reaction is not performed.

또한, 상기 멤브레인(330)의 기공 크기가 0.1㎛ 미만으로 구성된다면 멤브레인(330)의 담수화 유량(flux)값이 떨어지기 때문에 멤브레인(330)의 기공 크기는 크기는 0.1㎛~1.2㎛가 바람직하다.If the pore size of the membrane 330 is less than 0.1 탆, the pore size of the membrane 330 is preferably 0.1 탆 to 1.2 탆 because the desalination flow rate of the membrane 330 is lowered .

아울러, 상기 멤브레인(330)은 다양한 재질의 사용이 가능하지만 멤브레인(330)이 물에 젖을 경우 담수화 반응이 이루어지지 않으므로, 소수성을 가지는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리플루오린화비닐리덴(polyvinylidenechloride), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 재질을 권장한다.Since the membrane 330 can be made of various materials, the membrane 330 can not be desalinated when it is wetted with water. Therefore, the membrane 330 may be made of a material having hydrophobicity such as polyethylene, polypropylene, polyfluorinated vinylidene fluoride (polyvinylidenechloride), polytetrafluoroethylene (polytetrafluoroethylene) are recommended.

상기 증발부(310)는 상기 열교환부(100)에서 유입된 고온의해수가 상기 증발부(310)를 거쳐 열교환부(100)로 유입되는 순환구조 외에도, 상기 증발부(310)에서 배출되는 고온의 해수를 선박의 난방을 위한 탱크(500)에 구비된 유체와 열교환 후 열교환부(100)로 순환시키는 구조도 가능하다.The evaporator 310 may have a circulation structure in which the high temperature water introduced from the heat exchanger 100 flows into the heat exchanger 100 through the evaporator 310, It is also possible to circulate the seawater to the heat exchange unit 100 through heat exchange with the fluid provided in the tank 500 for heating the ship.

상기 열교환부(100)는 상기 담수화부(300)의 직접 접촉형 막증류를 통하여 해수의 염도가 증가함에 따라 해수의 교체가 필요하다.The salinity of the seawater is increased through direct contact type membrane distillation of the desalination unit 300 of the heat exchanging unit 100, so that the seawater needs to be replaced.

상기 열교환부(100)는 해수 교체 시 담수화 공정이 지속적으로 이루어지기 위하여 복수개로 구성되는 것이 바람직하다. It is preferable that the heat exchange unit 100 is composed of a plurality of units in order to continuously perform the desalination process at the time of exchanging seawater.

또한, 상기 열교환부(100)는 상기 증발부(310)로 유입되는 해수의 온도 조절에 따라 발생하는 지연시간의 최소화를 위하여 다양한 크기 및 재질로 열교환부(100)가 구성되는 것이 바람직하다.
The heat exchanging unit 100 may be formed of various sizes and materials to minimize the delay time caused by the temperature control of the seawater flowing into the evaporator 310.

도 3에서는 다양한 막증류 방법 중 진공 막증류(Vacuum Membrane Distillation)를 도시하였다.FIG. 3 shows Vacuum Membrane Distillation among various membrane distillation methods.

상기 담수화부(300)는 진공 막증류를 위하여 상기 열교환부(100)에서 고온의 해수를 유입받는 증발부(310)와, 진공 상태가 유지되는 응축부(320)로 이루어진다.The desalination unit 300 includes an evaporator 310 and a condenser 320. The evaporator 310 receives hot seawater from the heat exchanger 100 to distill the vacuum film.

상기 응축부(320)는 진공펌프(340)의 가동으로 진공상태가 유지된다.The condenser 320 is maintained in a vacuum state by the operation of the vacuum pump 340.

이때, 상기 응축부(320)와 상기 진공펌프(340) 사이에는, 상기 증발부(310)에서 유입된 수증기를 냉각시켜 액체상으로 변화시키는 냉각부(350)가 구비된다.A cooling unit 350 is provided between the condenser 320 and the vacuum pump 340 to cool the vapor introduced from the evaporator 310 to a liquid state.

따라서, 상기 진공펌프(340)로 흡수되는 수증기는 이동중에 존재하는 상기 냉각부(350)에서 액화되는 것이다.Accordingly, the water vapor absorbed by the vacuum pump 340 is liquefied by the cooling unit 350 existing during the movement.

상기 냉각부(350)에서 액화된 수증기는 청수 보관부(400)로 이송된다.The water vapor liquefied in the cooling unit 350 is transferred to the fresh water storage unit 400.

또한, 상기 담수화부(300)는 상기 열교환부(100)에서 고온의 해수를 유입받는 상기 증발부(310)와, 진공 상태가 유지되는 상기 응축부(320)를 구획하는 멤브레인(330)을 포함한다.The desalination unit 300 includes the evaporation unit 310 for receiving hot seawater from the heat exchange unit 100 and the membrane 330 for partitioning the condensation unit 320 to maintain the vacuum state do.

상기 담수화부(300)로 유입된 고온의 해수는 상기 담수화부(300)에 구성되는 증발부(310)를 통하여 상기 열교환부(100)로 회수되는 순환 구조를 가진다.The high temperature seawater flowing into the desalination unit 300 has a circulation structure that is recovered to the heat exchange unit 100 through the evaporation unit 310 formed in the desalination unit 300.

또한, 상기 응축부(320)는 상기 진공펌프(340)에 의하여 진공상태가 유지된다.In addition, the condenser 320 is maintained in a vacuum state by the vacuum pump 340.

이때, 상기 증발부(310)를 순환하는 고온의 해수와 진공상태가 유지되는 상기 응축부(320)를 구획하는 상기 멤브레인(330)은 진공 막증류 반응을 통하여 증발부(310)를 순환하는 고온의 해수를 상기 멤브레인(330)을 통하여 담수화 시킨다.At this time, the membrane 330 separating the high-temperature seawater circulating in the evaporator 310 and the condenser 320 in which the vacuum state is maintained is discharged to the evaporator 310 through the vacuum film distillation reaction, Is desalinated through the membrane (330).

상세하게 설명하면, 상기 담수화부(300)에서 일어나는 진공 막증류는 상기 증발부(310)에 유입되는 고온의 해수가 포함하고 있는 수증기를 이용하여 이루어진다.In detail, the vacuum film distillation occurring in the desalination part 300 is performed using steam contained in the high temperature seawater flowing into the evaporator 310.

상기 증발부(310)로 유입된 고온의 해수에 존재하는 수증기는, 수증기가 통과 가능한 소수성 고분자 분리막으로 이루어진 상기 멤브레인(330)에 형성된 다수의 기공을 통과하여 상기 응축부(320)로 이동되고, 상기 응축부(320)에서 상기 응축부(320)를 진공으로 만들기 위하여 구비되는 진공펌프(340)방향으로 이동된다.The water vapor present in the high temperature seawater flowing into the evaporator 310 passes through the plurality of pores formed in the membrane 330 made of the hydrophobic polymer separator through which water vapor can pass and is moved to the condenser 320, The condenser 320 is moved in the direction of the vacuum pump 340 provided to make the condenser 320 vacuum.

상기 진공펌프(340)로 이동되는 수증기는, 상기 진공펌프(340)와 상기 응축부(320)사이에 존재하는 상기 냉각부(350)의 응축 반응을 통하여 담수로 변화된다.The water vapor transferred to the vacuum pump 340 is converted into fresh water through the condensation reaction of the cooling unit 350 existing between the vacuum pump 340 and the condensing unit 320.

상기 담수화부(300)에서 일어나는 진공 막증류는, 상기 멤브레인(330)에 구획되어 순환되는 상기 증발부(310)상의 고온의 해수 및 상기 응축부(320)의 진공 상태를 통하여 형성되는 증기압 차를 구동력으로 한다.Vacuum membrane distillation occurring in the desalination unit 300 is performed by separating the high temperature seawater on the evaporator 310 partitioned and circulated in the membrane 330 and the vapor pressure difference formed through the vacuum state of the condenser 320 The driving force.

따라서, 도 4의 (b)를 참조하여 설명하면 상기 증발부(310)를 순환하는 고온의 해수는 상기 응축부(320)의 진공 상태보다 높은 증기압을 가지므로, 증발부(310)를 순환하는 고온의 해수에 포함된 수증기가, 상기 멤브레인(330)에 형성된 다수의 기공을 통과하여 상기 응축부(320)를 진공으로 만드는 상기 진공펌프(340)로 이동되는 과정에서, 상기 냉각부(350)의 응축 반응을 통하여 액화된다.4B, the hot seawater circulating through the evaporator 310 has a higher vapor pressure than that of the condenser 320, so that the evaporator 310 is circulated The water contained in the high temperature seawater flows through the plurality of pores formed in the membrane 330 to the vacuum pump 340 which makes the condenser 320 vacuum. Lt; / RTI >

도 3에 도시된 바에 의하면, 상기 담수화부(300)에서 진공 막증류를 통하여 액화된 수증기는 상기 청수 보관부(400)로 유입되어 저장된다.3, the water vapor liquefied through the vacuum membrane distillation in the desalination unit 300 flows into the fresh water storage unit 400 and is stored therein.

상기 담수화부(300)에서 일어나는 진공 막증류 반응은 상기 증발부(310) 및 응축부(320)의 증기압 차를 담수화의 구동력으로 삼는다.The vacuum film distillation reaction occurring in the desalination unit 300 takes the vapor pressure difference between the evaporator 310 and the condenser 320 as a driving force for desalination.

따라서, 상기 제2 제어부(311)는 진공 막증류의 효율 향상을 위하여 상기 열교환부(100)에서 상기 증발부(310)로 유입되는 해수의 유입 시점을 해수의 온도에 따라 조절한다.Therefore, the second controller 311 adjusts the flow-in time of the seawater flowing into the evaporator 310 from the heat exchanger 100 according to the temperature of the seawater in order to improve the vacuum film distillation efficiency.

또한, 상기 담수화부(300)에서 일어나는 진공 막증류는 유입수의 유량 및 유속에 따라서 담수화되는 해수의 양이 변화하기 때문에 상기 제2 제어부(311)는 상기 담수화부(300)에 유입되는 해수의 유량과 유속을 제어함으로써, 효율적인 담수화 반응을 가능하게 한다.
Since the amount of seawater to be desalinated varies depending on the flow rate and the flow rate of the inflow water, the second control unit 311 controls the flow rate of the seawater flowing into the desalination unit 300 And the flow rate, thereby enabling efficient desalination reaction.

이하에서는 상기 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치(1000)에 구비된 열교환부(100)가 수행하는 동작에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation performed by the heat exchanger 100 provided in the membrane distillation water treatment apparatus 1000 using marine vessel waste heat will be described.

[동작 실시예 1] 급속 가동에 따른 복수의 열교환기 동작[Operation Embodiment 1] A plurality of heat exchanger operations

상기 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치(1000)는, 해수 보관을 위한 해수 보관부(200)를 포함하고, 상기 해수 보관부(200)는 상기 제1 해수 유입부(211)로부터 해수를 유입 받는다.The membrane distillation water treatment apparatus 1000 using marine vessel waste heat includes a seawater storage unit 200 for storing seawater and the seawater storage unit 200 receives seawater from the first seawater inlet 211, Receive.

상기 해수 보관부(200)로 유입된 해수는 상기 제1 제어부(130)의 제어에 따라서 상기 열교환부(100)에 필요한 만큼의 해수를 공급한다.The seawater introduced into the seawater storage unit 200 supplies the necessary amount of seawater to the heat exchange unit 100 under the control of the first control unit 130.

이하 에서는 상기 열교환부(100)의 이해를 돕고자 상기 열교환부(100)를 기본이 되는 '제 1열교환기'와 보조적으로 구성되는 '제 2열교환기'로 정의하여 설명한다.Hereinafter, the heat exchanging unit 100 will be described as a 'first heat exchanger' as a basic unit and a 'second heat exchanger' as an auxiliary unit to facilitate understanding of the heat exchanging unit 100. FIG.

상기 열교환부(100)는 열교환을 위한 기존의 제 1열교환기 외에 상기 해수 보관부(200)에서 공급된 해수의 빠른 가열을 위하여 서로 다른 크기를 가지는 제 2열교환기를 추가적으로 구성하는 것이 가능하다.The heat exchanging unit 100 may further include a second heat exchanger having a different size for rapid heating of the seawater supplied from the seawater storage unit 200, in addition to the existing first heat exchanger for heat exchange.

상기 제 2열교환기는 내부에 구비된 해수의 빠른 가열을 위하여 상기 제 1열교환기보다 작은 소정의 크기로 구성된다.The second heat exchanger is configured to have a predetermined size smaller than the first heat exchanger for rapid heating of seawater provided therein.

또한, 상기 배기가스 공급부(110)는 제 2열교환기와의 효율적인 열 교환을 위하여 제 2열교환기에 구비된 해수와 열교환하는 면의 재질을 열전도가 높은 재질로 구성하는 것을 권장한다.Also, it is recommended that the exhaust gas supply unit 110 be made of a material having a high thermal conductivity, for the purpose of efficient heat exchange with the second heat exchanger, the material of the heat exchange surface with the seawater provided in the second heat exchanger.

상기 제 2열교환기는 상기 배기가스 공급부(110)의 열교환이 높은 재질사용과 상기 제 2열교환기의 크기 소형화를 통하여 상기 제 1열교환기보다 상기 해수 보관부(200)에서 유입된 해수를 상기 제2 제어부(311)에서 정해진 온도로 급속하게 가열하는 것이 가능하다.The second heat exchanger may be configured such that the seawater introduced from the seawater storage unit 200 is supplied to the second heat exchanger through the second heat exchanger through the second heat exchanger, It is possible to rapidly heat to the predetermined temperature by the control unit 311. [

아울러, 상기 제 2열교환기의 효율적인 열교환을 통하여 제 2열교환기에 유입된 해수가 빠르게 가열됨에 따라서 상기 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리장치(1000)의 급속 구동이 가능하다.
In addition, as the seawater introduced into the second heat exchanger through the efficient heat exchange of the second heat exchanger is rapidly heated, rapid operation of the membrane distillation water treatment apparatus 1000 using the marine vessel waste heat is possible.

[동작 실시예 2] 해수 교환에 따른 복수의 열교환기 동작[Operation Embodiment 2] A plurality of heat exchanger operations

상기 배기가스 공급부(110)에서 공급된 배기가스와 열교환 하는 상기 열교환부(100)로 유입된 해수는 상기 담수화부(300)의 담수화 과정을 통하여 지속적으로 염도가 높아진다.The seawater introduced into the heat exchange unit 100, which performs heat exchange with the exhaust gas supplied from the exhaust gas supply unit 110, is continuously salted through the desalination process of the desalination unit 300.

따라서, 상기 열교환부(100)는 염도가 높아진 해수를 배출하는 과정이 필요하다.Therefore, the heat exchanging unit 100 needs a process of discharging seawater having a high salinity.

상기 열교환부(100)는 담수화 과정에 사용된 염도가 높아진 해수를 상기 제2 해수 배출부(101)를 통하여 외부로 배출한다.The heat exchange unit 100 discharges seawater having a high salinity used in the desalination process to the outside through the second seawater discharge unit 101.

상기 열교환부(100)는 상기 제2 해수 유입부(102) 또는 상기 해수 보관부(200)를 통하여 새로운 해수를 유입한다.The heat exchange unit 100 introduces new seawater into the second seawater inflow unit 102 or the seawater storage unit 200.

이때, 상기 담수화부(300)는 담수화반응에 필요한 고온의 해수를 유입받지 못하게 되므로, 상기 해양선박 폐열을 이용한 수처리 장치(1000)는 구동을 멈추게된다.At this time, since the desalination unit 300 does not receive the high temperature seawater necessary for the desalination reaction, the water treatment apparatus 1000 using the marine vessel waste heat stops driving.

상기 열교환부(100)는 상기 해양선박 폐열을 이용한 수처리 장치(1000)의 구동이 멈추는 현상을 방지하기 위하여 제 1열교환기와 제 2열교환기로 나뉘어 구성된다.The heat exchanger 100 is divided into a first heat exchanger and a second heat exchanger in order to prevent the water treatment apparatus 1000 using the marine vessel waste heat from being stopped.

상세히 설명하면, 상기 제 1열교환기에서 상기 담수화부(300)로 고온의 해수 공급이 어려울 시 상기 제 2열교환기가 상기 담수화부(300)로 고온의 해수를 공급하여 상기 해양선박 폐열을 이용한 수처리 장치(1000)의 구동이 멈추는 현상을 방지한다.In more detail, when the high-temperature seawater is difficult to be supplied to the desalination unit 300 from the first heat exchanger, the second heat exchanger supplies high-temperature seawater to the desalination unit 300, (1000) is stopped.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.The technical idea should not be interpreted as being limited to the above-described embodiment of the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, such modifications and changes are within the scope of protection of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.

1000 : 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치
100 : 열교환부 101 : 제2 해수 배출부
102 : 제2 해수 유입부
110 : 배기가스 공급부
120 : 제2 살균부
130 : 제1 제어부
200 : 해수 보관부 210 : 밸러스트
211 : 제1 해수 유입부 212 : 제1 해수 배출부
220 : 제1 살균부
300 : 담수화부 310 : 증발부
311 : 제2 제어부
320 : 응축부 321 : 제3 제어부
330 : 멤브레인 340 : 진공펌프
350 : 냉각부
400 : 청수 보관부 410 : 청수 탱크
411 : 청수 유입부 412 : 청수 배출부
420 : 운송부
500 : 온수탱크 1000: Membrane distillation water treatment system using marine vessel waste heat
100: Heat exchange unit 101: Second seawater discharge unit
102: second seawater inflow section
110: exhaust gas supply part
120: Second sterilization part
130:
200: Seawater storage unit 210: Ballast
211: first seawater inflow section 212: first seawater discharge section
220: First sterilization part
300: desalting part 310: evaporating part
311:
320: condensing part 321: third control part
330: Membrane 340: Vacuum pump
350:
400: fresh water storage part 410: fresh water tank
411: fresh water inflow section 412: fresh water discharge section
420: Transportation Department
500: Hot water tank

Claims (13)

해수가 보관되는 해수 보관부(200);
해양 선박의 배기가스를 공급하는 배기가스 공급부(110);
상기 해수 보관부(200)에서 유입된 해수를 상기 배기가스 공급부(110)에서 공급받은 해양 선박의 배기가스와 열교환시켜 고온의 해수로 만드는 열교환부(100);
청수를 보관하는 청수 보관부(400);
상기 열교환부(100)에서 고온의 해수를 공급받고, 상기 청수 보관부(400)에서 청수를 공급받아 직접 접촉형 막증류를 이용하여 해수를 담수로 변화시키는 담수화부(300);를 포함하며,
상기 청수 보관부(400)는, 청수 보관을 위한 청수 탱크(410)가 구성되고,
상기 청수 탱크(410)는 청수 유입을 위한 청수 유입부(411) 및 청수 배출을 위한 청수 배출부(412)를 가지며,
상기 청수 탱크(410)에 저장된 청수를 상기 해수 보관부(200)로 보내기 위한 운송부(420)를 포함하는, 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치.
A seawater storage unit 200 for storing seawater;
An exhaust gas supply unit 110 for supplying exhaust gas of a marine vessel;
A heat exchange unit 100 for exchanging the seawater introduced from the seawater storage unit 200 with the exhaust gas of the marine vessel supplied from the exhaust gas supply unit 110 to convert the seawater into high temperature seawater;
A fresh water storage part 400 for storing fresh water;
And a desalination unit 300 for receiving high temperature seawater from the heat exchanging unit 100 and receiving fresh water from the fresh water storage unit 400 and converting the seawater into fresh water using direct contact type membrane distillation,
The fresh water storage unit 400 includes a fresh water tank 410 for storing fresh water,
The fresh water tank 410 has a fresh water inflow section 411 for fresh water inflow and fresh water discharge section 412 for fresh water discharge,
And a transfer part (420) for transferring fresh water stored in the fresh water tank (410) to the seawater storage part (200).
해수가 보관되는 해수 보관부(200);
해양 선박의 배기가스를 공급하는 배기가스 공급부(110);
상기 해수 보관부(200)에서 유입된 해수를 상기 배기가스 공급부(110)에서 공급받은 해양 선박의 배기가스와 열교환시켜 고온의 해수로 만드는 열교환부(100);
상기 열교환부(100)에서 고온의 해수를 공급받아, 진공 막증류를 이용하여 해수를 담수로 변화시키는 담수화부(300);를 포함하며
상기 담수화부(300)는, 진공펌프(340)로 흡수되는 수증기를 응축시키는 냉각부(350), 및
상기 냉각부(350)에서 생성된 청수를 보관하는 청수 보관부(400);를 포함하며,
상기 청수 보관부(400)는, 청수 보관을 위한 청수 탱크(410)가 구성되고,
상기 청수 탱크(410)는 청수 유입을 위한 청수 유입부(411) 및 청수 배출을 위한 청수 배출부(412)를 가지며,
상기 청수 탱크(410)에 저장된 청수를 상기 해수 보관부(200)로 보내기 위한 운송부(420)를 포함하는, 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치.
A seawater storage unit 200 for storing seawater;
An exhaust gas supply unit 110 for supplying exhaust gas of a marine vessel;
A heat exchange unit 100 for exchanging the seawater introduced from the seawater storage unit 200 with the exhaust gas of the marine vessel supplied from the exhaust gas supply unit 110 to convert the seawater into high temperature seawater;
And a desalination unit 300 for receiving high-temperature seawater from the heat exchanging unit 100 and converting the seawater to fresh water using vacuum film distillation,
The desalination unit 300 includes a cooling unit 350 for condensing the water vapor absorbed by the vacuum pump 340,
And a fresh water storage unit (400) for storing the fresh water generated by the cooling unit (350)
The fresh water storage unit 400 includes a fresh water tank 410 for storing fresh water,
The fresh water tank 410 has a fresh water inflow section 411 for fresh water inflow and fresh water discharge section 412 for fresh water discharge,
And a transfer part (420) for transferring fresh water stored in the fresh water tank (410) to the seawater storage part (200).
제 1항에 있어서,
상기 담수화부(300)는, 상기 열교환부(100)에서 유입된 고온의 해수가 통과되어 상기 열교환부(100)로 회수되는 순환 구조를 가지는 증발부(310)와,
상기 청수 보관부(400)에서 유입된 청수가 통과되어 상기 청수 보관부(400)로 회수되는 순환 구조를 가지는 응축부(320), 및
상기 증발부(310)와 상기 응축부(320)를 구획하는 멤브레인(330)을 포함하는, 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치.
The method according to claim 1,
The desalination unit 300 includes an evaporator 310 having a circulation structure in which high temperature seawater introduced from the heat exchange unit 100 passes and is recovered to the heat exchange unit 100,
A condensing part 320 having a circulation structure in which the fresh water introduced from the fresh water storage part 400 passes through and is collected in the fresh water storage part 400,
And a membrane (330) for separating the evaporator (310) and the condenser (320) from each other.
제 2항에 있어서,
상기 담수화부(300)는, 상기 열교환부(100)에서 유입된 고온의 해수가 통과되어 상기 열교환부(100)로 회수되는 순환 구조를 가지는 증발부(310)와,
상기 진공펌프(340)의 작용을 통하여 진공상태가 유지되는 응축부(320), 및
상기 증발부(310)와 상기 응축부(320)를 구획하는 멤브레인(330)을 포함하는, 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치.
3. The method of claim 2,
The desalination unit 300 includes an evaporator 310 having a circulation structure in which high temperature seawater introduced from the heat exchange unit 100 passes and is recovered to the heat exchange unit 100,
A condenser 320 in which a vacuum state is maintained through the action of the vacuum pump 340,
And a membrane (330) for separating the evaporator (310) and the condenser (320) from each other.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,
상기 멤브레인(330)은 상기 증발부(310)에 유입된 해수의 증발 작용을 통하여 발생된 수증기가 투과 가능한 소수성 고분자 분리막으로 이루어지고,
상기 응축부(320)는 상기 멤브레인(330)에서 투과된 수증기를 소정의 응축 과정을 통하여 담수로 만들어 상기 청수 보관부(400)로 보내는, 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치.
The method according to claim 3 or 4,
The membrane 330 is made of a hydrophobic polymer membrane capable of permeating water vapor generated through evaporation of seawater flowing into the evaporator 310,
The condenser 320 converts water vapor permeated from the membrane 330 into fresh water through a predetermined condensation process and sends the water vapor to the fresh water storage unit 400.
제 3항 또는 제 4항에 있어서,
상기 열교환부(100)는, 상기 담수화부(300)의 담수화 반응을 통하여 염분이 증가된 해수를 선박 외부로 배출하기 위하여 구비되는 제2 해수 배출부(101)와,
상기 열교환부(100)로 외부 해수의 직접 유입을 위한 제2 해수 유입부(102)를 포함하며,
상기 제2 해수 유입부(102) 및 상기 제2 해수 배출부(101)에 해수 살균을 위하여 구비되는 제2 살균부(120)를 포함하는, 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치.
The method according to claim 3 or 4,
The heat exchange unit 100 includes a second seawater discharge unit 101 for discharging seawater having increased salinity through the desalination reaction of the desalination unit 300 to the outside of the ship,
And a second seawater inflow section (102) for direct inflow of external seawater into the heat exchange section (100)
And a second sterilizing unit (120) provided for sterilizing seawater in the second seawater inlet (102) and the second seawater outlet (101).
제 6항에 있어서,
상기 열교환부(100)는 복수개로 구성되는, 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the heat exchanging unit (100) is constituted by a plurality of units.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 해수 보관부(200)는, 제1 해수 유입부(211)와 제1 해수 배출부(212)를 포함하며,
상기 제1 해수 유입부(211) 및 상기 제1 해수 배출부(212)에 해수 살균을 위하여 구비되는 제1 살균부(220)를 포함하는, 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The seawater storage unit 200 includes a first seawater inlet 211 and a first seawater outlet 212,
And a first sterilizing unit 220 installed in the first seawater inlet 211 and the first seawater outlet 212 for sterilizing seawater.
삭제delete 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
상기 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치(1000)는, 상기 증발부(310)에서 배출된 해수와 열교환하는 탱크(500)를 포함하고,
상기 증발부(310)에서 배출된 해수가 상기 탱크(500)에 구비되는 유체와 열교환 후 열교환부(100)로 리턴되는, 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치.
The method according to claim 3 or 4,
The membrane distillation water treatment apparatus 1000 using marine vessel waste heat includes a tank 500 for performing heat exchange with seawater discharged from the evaporator 310,
Wherein the seawater discharged from the evaporator (310) is returned to the heat exchanger (100) after heat exchange with the fluid provided in the tank (500).
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 해수 보관부(200)는, 선박의 흘수 및 트림을 조절하기 위하여 물을 보관하는 밸러스트(210)를 포함하는, 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The seawater storage unit (200) includes a ballast (210) for storing water to control the draft and trim of the ship.
제 3항에 있어서,
상기 열교환부(100)는, 상기 해수 보관부(200)에서 유입되는 해수의 유량 조절을 위한 제1 제어부(130),
상기 증발부(310)는 상기 열교환부(100)에서 유입되는 고온의 해수 유량 및 유속을 조절하는 제2 제어부(311), 및
상기 응축부(320)는 상기 청수 보관부(400)에서 유입되는 청수의 유량 및 유속을 조절하는 제3 제어부(321)를 포함하는, 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치.
The method of claim 3,
The heat exchange unit 100 includes a first control unit 130 for controlling the flow rate of the seawater introduced from the seawater storage unit 200,
The evaporator 310 includes a second controller 311 for controlling the flow rate and the flow rate of hot seawater flowing in the heat exchanger 100,
Wherein the condenser (320) includes a third controller (321) for controlling a flow rate and a flow rate of fresh water flowing in the fresh water storage unit (400).
제 4항에 있어서,
상기 열교환부(100)는, 상기 해수 보관부(200)에서 유입되는 해수의 유량 조절을 위한 제1 제어부(130)와,
상기 증발부(310)는 상기 열교환부(100)에서 유입되는 고온의 해수 유량 및 유속을 조절하는 제2 제어부(311)를 구비하는, 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치.5. The method of claim 4,
The heat exchange unit 100 includes a first control unit 130 for controlling the flow rate of seawater flowing in the seawater storage unit 200,
Wherein the evaporator (310) comprises a second controller (311) for controlling the flow rate and the flow rate of high temperature seawater flowing in the heat exchanger (100).
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