KR101675417B1 - 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열과 해수열원을 재활용하여 다단형 진공막증류 시스템을 통해 담수를 생산함으로써 기존의 해양선박의 담수 생산을 위해 사용되고 있는 역삼투 공정의 높은 전력비용을 감소시킬 수 있고, 기존의 전처리 공정을 포함한 역삼투 공정에 비해 다단형 진공막증류 시스템은 단독공정으로 담수를 생산할 수 있기 때문에 장치가 차지하는 면적을 최소화할 수 있으며, 또한, 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 분리막 모듈 각각에서 발생되는 열손실을 고려하여 열증기 압축기 및 진공 조절기를 통해 동일한 성능을 확보할 수 있고, 멀티형 생산수조를 배치함으로써 담수 배출 시에도 진공 상태가 유지되어 연속적으로 운전이 가능한, 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템 및 그 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 해양선박용 담수 생산에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열을 이용하여 다단형(Multi-Stage) 진공막증류 방식으로 선박 내에서 담수를 생산하는, 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 해양선박 내에서 해수(Sea Water)로부터 담수를 획득하기 위해서는 해수에 용존되어 있거나 부유하는 성분들을 용수 및 음용수 기준에 적합하도록 제거해야 한다.
현재까지 널리 사용되고 있는 해수 담수화 방법은 크게 증발법(Evaporation) 및 역삼투법(Reverse Osmosis)으로 구분될 수 있으며, 최근에는 역삼투법이 널리 사용되고 있는 실정이다. 구체적으로, 해수 담수화뿐만 아니라 기수(Brackish Water) 담수화에도 널리 사용되고 있는 역삼투법은 해수나 기수에 함유되어 있는 성분을 역삼투막을 이용하여 처리수와 농축수로 분리시키는 방법이다. 이러한 역삼투법에 의해 생산된 처리수는 성분 농도를 희석시켜 용수 및 음용수로 활용하고, 농축수는 다시 바다로 배출된다.
이와 같이 해수 또는 기수의 분리 및 정제가 이루어지는 역삼투법의 역삼투막에서, 물과 염을 분리하기 위해서는 용존되어 있는 성분들에 의해 유발되는 삼투압 이상의 압력을 유입되는 해수나 기수에 가해주어야 분리가 일어나기 시작한다. 이에 따라 해수 또는 기수가 갖고 있는 삼투압을 극복하고 담수를 생산하는데 필요한 압력의 구동력으로 고압펌프를 이용하며, 이를 위하여 많은 에너지가 소요된다. 이와 같은 높은 전력비 부담으로 인해 중동지역을 제외한 세계의 다른 지역에서 해수 담수화 시스템이 제한적으로 보급되고 있다.
최근 들어, 전술한 역삼투법에 의한 해수 담수화의 한계를 극복하기 위한 방법으로 다양한 막여과 공정이 활발하게 검토되고 있다. 이러한 막여과 공정들 중에서 막증류법(Membrane Distillation Process)은 열을 이용하는 해수 담수화 기술과 분리막을 이용한 해수 담수화 기술을 결합함으로써 각각의 단점을 보완한 기술이다. 즉, 이러한 막증류법은 열에 의한 상변화와 분리막 기술을 결합한 기술로서, 소수성 분리막(Hydrophobic Membrane)을 중심으로 온도차에 의한 증기압을 구동력으로 하는 막여과 공정이며, 기존의 증발 공정과 달리 비교적 낮은 60∼80℃의 온도로 운전이 가능하다.
한편, 통상적인 막증류 수처리 장치, 즉, 막증류 공정은 분리막의 투과되는 측면의 증기압을 낮추는 방식에 따라 크게 4가지로 나뉠 수 있는데, 직접접촉형 막증류법, 공기간극형 막증류법, 비활성기체 순환형 막증류법 및 진공형 막증류법이 있다.
이러한 4가지 막증류 공정 모두 분리막의 한쪽 면에 고온의 유입수를 순환시키는 것은 동일하지만, 투과되는 측면의 증기압을 낮추는 방식이 각각 상이하다.
구체적으로, 직접접촉형 막증류법은 분리막의 투과되는 측면에 차가운 용매를 순환시켜 직접적인 온도차에 의해 증기압을 발생시키는 방식이다. 이러한 직접접촉형 막증류법은 실험실 규모의 장치를 용이하게 제작할 수 있고, 운전이 간편하여 많은 연구기관에서 활용하여 연구하고 있다. 이러한 직접접촉형 막증류법은 투과된 증기는 차가운 물에 의해 응축되어 담수를 생산하기 때문에 별도의 응축조를 필요로 하지 않지만, 유입수의 열손실이 크고 차가운 용매와 담수가 혼합되기 때문에 차가운 용매는 순수를 사용해야 하며, 또한, 수질이 낮은 용매를 사용할 경우 추가적인 분리공정이 필요하여 많은 부지를 차지하게 된다.
또한, 공기간극형 막증류법은 투과되는 측면에 15~25℃의 공기간극을 두어 증기압을 낮추는 방식으로서, 투과된 증기는 막 모듈의 냉각판에 맺혀 응축되어 담수를 생산하게 된다. 따라서 이러한 공기간극형 막증류법은 유입수의 열손실이 적다는 장점이 있다. 이러한 공기간극형 막증류법은 냉각판의 온도는 차가운 용매를 별도로 순환시켜 온도를 유지하게 되는데 생산된 담수와 혼합되지 않기 때문에 직접 접촉형막증류법과 달리 7~15℃의 해수를 직접 사용가능하다는 장점이 있지만, 다른 막증류 시스템에 비해 성능이 낮다는 단점이 있다.
또한, 비활성기체 순환형 막증류법은 투과되는 측면에 차가운 비활성기체를 순환시켜 구동하는 공정으로서, 막을 통해 투과된 증기가 비활성기체와 함께 이동하여 응축조에서 담수를 생산하는 방식이다. 이러한 비활성기체 순환형 막증류법은 별도의 비활성기체를 필요로 하며, 추가적인 응축조 설계를 필요로 한다.
또한, 진공형 막증류법은 투과되는 측면에 직접적으로 진공을 걸어 발생된 증기 이동을 촉진시키는 방식으로서, 전술한 다른 공정들이 차가운 용매에 의해 온도차에 의한 직접적인 증기압 발생으로 담수를 얻는 것과 달리 이러한 진공형 막증류법은 60~80℃ 범위의 유입수에서 발생한 증기를 감압으로 인해 담수를 얻는 방식이다. 따라서 이러한 진공형 막증류법은 차가운 용매와 직접적인 접촉이 없어 유입수의 열손실이 적고 증기압에 의해 발생된 증기가 분리막을 통해 투과되는 속도를 촉진시켜 성능이 가장 높다는 장점이 있다.
구체적으로, 이러한 진공형 막증류법은 투과된 증기가 별도의 응축조에 의해 담수를 생산하게 되지만 막에 직접적으로 진공을 걸어주기 때문에 장시간 운전 시 분리막에 직접적인 스트레스를 주어 소수성 분리막의 특성이 변하게 되며, 이에 따른 성능 저하로 이어지게 된다. 따라서 이러한 진공형 막증류법은 분리막의 형태와 특성에 따라 진공압력의 조건이 중요하며, 유입수의 온도조건이 60℃ 이상일 때, 최대의 성능을 나타낸다. 하지만, 이러한 진공형 막증류법은 소수성 분리막이 운전조건에 따라 친수화되어 성능이 저하될 우려가 있다는 단점이 있다.
한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1459702호에는 "해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 해양선박의 폐열을 에너지원으로 하고 멤브레인을 이용하여 에너지 소모를 줄인 효율적인 담수화 장치로서 직접접촉형 막증류법과 진공형 막증류법으로 구분되며, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 직접접촉형 막증류 방식의 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 진공 막증류 방식의 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 직접접촉형 막증류 방식의 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치는, 열교환부(10), 해수 보관부(20), 담수화부(30), 담수 보관부(40) 및 온수탱크(50)를 포함하며, 상기 열교환부(10)는 배기가스 공급부(11), 제2 살균부(12), 제1 제어부(13), 제2 해수 배출부(14) 및 제2 해수 유입부(15)를 포함하고, 상기 해수 보관부(20)는 밸러스트(21), 제1 살균부(22), 제1 해수 유입부(23) 및 제1 해수 배출부(24)를 포함하며, 상기 담수화부(30)는 증발부(31), 응축부(32), 멤브레인(33), 제2 제어부(34) 및 제3 제어부(35)를 포함하고, 상기 담수 보관부(40)는 담수 탱크(41), 운송부(42), 담수 유입부(43) 및 담수 배출부(44)를 포함한다.
종래의 기술에 따른 직접접촉형 막증류 방식의 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치의 경우, 기존 해양선박 전용 담수공정으로 사용되고 있는 역삼투 공정에 비해 플럭스가 현저히 낮다는 문제점이 있다.
통상적으로 일반상선 및 대형 크루즈 등에서 24~30 톤/일 정도의 청수를 사용하므로, 해양선박과 같이 제한된 공간에서 낮은 생산량으로 기존 역삼투 공정대비 집적도를 높일 수 없기 때문에 도 2에 도시된 진공형 막증류법을 적용하는 것이 바람직하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 진공 막증류 방식의 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치는, 열교환부(10), 해수 보관부(20), 담수화부(30), 담수 보관부(40) 및 온수탱크(50)를 포함하며, 전술한 종래의 기술에 따른 직접접촉형 막증류 방식의 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치와 비교하면, 상기 담수화부(30)는 증발부(31), 응축부(32), 멤브레인(33), 제2 제어부(34) 및 제3 제어부(35) 이외에 진공펌프(36) 및 냉각부(37)를 추가로 포함한다.
종래의 기술에 따른 진공 막증류 방식의 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치의 경우, 사용되는 막의 형태 및 모듈의 특성, 운전조건에 따라서 시스템 성능이 확연히 달라지며, 충분한 실험을 통해 최적의 운전조건을 제시해야 한다.
하지만 종래의 기술에 따른 진공 막증류 방식의 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치의 경우, 진공형 막증류법은 시스템 구성만 나타내고, 분리막의 형태 및 모듈 특성, 운전조건 등이 제시되어 있지 않다. 또한, 통상적인 진공형 막증류법 장치의 특성상 생산수조가 진공 형태로 운전되기 때문에 생산된 담수를 배출할 때 진공이 풀리게 되며, 대기압 상태로 서서히 변환된다.
이에 따라, 종래의 기술에 따른 진공 막증류 방식의 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치의 성능이 감소하게 되며, 담수 배출시 연속식으로 운전할 수 없게 된다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기존의 해양선박용 담수 생산 공정에 대한 운전성능을 개선하고, 해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열을 활용하여 에너지 효율을 확보할 수 있도록 선박폐열과 해수열원을 재활용하여 다단형 진공막증류 시스템을 통해 담수를 생산함으로써 기존의 해양선박의 담수 생산을 위해 사용되고 있는 역삼투 공정의 높은 전력비용을 감소시킬 수 있는, 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템 및 그 방법 을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 분리막 모듈 각각에서 발생되는 열손실을 고려하여 열증기 압축기 및 진공 조절기를 통해 동일한 성능을 확보할 수 있는, 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템 및 그 방법 을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 멀티형 생산수조를 배치함으로써 담수 배출 시에도 진공 상태가 유지되어 연속적으로 운전이 가능한, 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템 및 그 방법 을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템은, 다단형(Multi-Stage)으로 직렬 또는 병렬로 연결되어, 해수 유입수에서 증기만을 분리하여 투과시키는 다단형 진공막증류 소수성 분리막; 상기 유입수가 저장되고, 상기 유입수의 온도를 조절 및 제어하여 공급하는 유입수조; 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막을 통해 발생된 증기를 응축시켜 담수를 생산하는 증기 응축조; 상기 증기 응축조에서 생산된 담수를 수집하고, 진공 상태를 유지하여 연속식 운전이 가능하게 하는 멀티형 생산수조; 상기 유입수조 내에 설치되어 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열을 통해 유입수를 가열하는 가열용 열교환기; 상기 증기 응축조 내에 설치되어 해수열원을 통해 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막으로부터 투과된 증기를 응축하는 냉각용 열교환기; 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 분리막 모듈 각각에서 손실된 열을 보충하는 열증기 압축기; 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 분리막 모듈 각각의 진공 및 감압 범위를 조절하는 분리막내 진공 조절기; 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 증기 생산을 촉진 및 순환시키는 진공펌프; 및 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 후단에 설치되어 상기 유입수조와 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막에서 손실된 열을 보충하고, 상기 유입수를 순환시키는 히트펌프를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막은 표면이 소수성인 다수의 소수성 분리막 모듈이 다단형으로 직렬식 또는 병렬식 구성으로 설치되며, 상기 소수성 분리막 모듈 각각은, 폴리에틸렌 계열, 폴리프로필렌 계열, 폴리비닐리덴 플로라이드 계열 또는 폴리테트라플로로에틸렌 계열의 고분자로 구성되고, 관형, 중공사형 또는 모세관형(Capillary)의 막 구조로 형성되며, 세공 크기는 0.2~1.0㎛일 수 있다.
여기서, 상기 유입수조는 해수인 유입수를 60℃~80℃ 범위로 가열 및 유지하기 위해, 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열을 재활용할 수 있는 가열용 열교환기가 내부에 설치되고, 상기 가열용 열교환기에 의해 가열되어 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막으로 이동하는 유입수의 온도를 제어 및 조절하도록 수집하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 멀티형 생산수조는 생산된 담수 배출 시 진공이 풀리지 않고 지속적으로 유지되도록 상기 진공펌프와 연결되고, 복수의 멀티형으로 제작되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 멀티형 생산수조의 상단에 증기 상태의 담수를 응축할 수 있는 증기 응축조가 설치되며, 상기 멀티형 생산수조 및 증기 응축조는 기밀성이 유지되는 배관으로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 증기 응축조는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막 및 상기 멀티형 생산수조 사이에 기밀성이 유지되는 배관으로 연결될 수 있다.
여기서, 상기 냉각용 열교환기는 상기 증기 응축조 내부 상단에 설치되며, 5~15℃의 해수열원을 이용하여 증기를 응축하여 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가열용 열교환기는 상기 유입수조 내에 설치되고, 해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열을 이용하여 유입수를 가열하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열증기 압축기는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막에서 유입수가 순환되는 부분 사이에 연결되며, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 분리막 모듈 각각에서 발생되는 열손실을 보충하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 분리막내 진공 조절기는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막에서 증기가 투과되는 부분 사이에 연결되며, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 분리막 모듈 각각이 동일 조건으로 운전되도록 진공을 조절함으로써, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 분리막 모듈 각각에서 발생되는 열손실로 인해 줄어드는 증기압에 따라 점차 후단으로 갈수록 상기 분리막 모듈의 성능이 감소되는 현상을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 진공펌프는 상기 멀티형 생산수조의 상단, 상기 증기 응축조, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 증기가 투과되는 면과 기밀성이 유지되는 배관으로 연결되며, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막을 통해 유입수로부터 증기를 생산하도록 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 투과되는 부분의 압력을 낮추어 유출 부분의 압력을 높일 수 있다.
여기서, 상기 히트펌프는 상기 유입수조에서 엔진 냉각수 폐열 또는 연돌의 폐열과 같은 선박폐열로 인해 가열된 유입수를 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막으로 순환시키며, 상기 유입수가 기설정된 온도를 유지하도록 상기 유입수조와 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막에서 발생된 열손실을 보충할 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 방법은, a) 해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열을 이용하여 가열용 열교환기로 가열된 유입수를 유입수조에 저장하는 단계; b) 상기 유입수조 및 다단형 진공막증류 소수성 분리막 전단에서 발생된 열손실을 보충하도록 히트펌프를 통해 유입수의 온도를 유지하면서 순환시키는 단계; c) 진공펌프를 통해 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 증기가 투과되는 측면에서 감압 및 진공을 형성하는 단계; d) 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 표면에서 증기가 형성되어 투과시키는 단계; e) 상기 진공펌프에 의해 증기가 증기 압축조로 이동하고, 냉각용 열교환기가 증기를 응축하여 담수를 생산하는 단계; 및 f) 멀티형 생산수조가 응축된 담수를 수집하는 단계를 포함하되, 상기 b) 단계의 다단형 진공막증류 소수성 분리막은 표면이 소수성인 다수의 소수성 분리막 모듈이 다단형으로 직렬식 또는 병렬식 구성으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 소수성 분리막 모듈 각각은, 폴리에틸렌 계열, 폴리프로필렌 계열, 폴리비닐리덴 플로라이드 계열 또는 폴리테트라플로로에틸렌 계열의 고분자로 구성되고, 관형, 중공사형 또는 모세관형의 막 구조로 형성되며, 세공 크기는 0.2~1.0㎛일 수 있다.
여기서, 상기 c) 단계에서 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막 증기가 투과되는 측면에 상기 진공펌프를 통해 -40밀리바에서 -100밀리바의 운전조건으로 감압 및 진공을 걸어주는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 d) 단계에서 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 분리막 모듈 각각에서 발생한 열손실을 열증기 압축기를 통해 온도를 보충하여 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 분리막 모듈로 순환시킬 수 있다.
여기서, 상기 d) 단계에서, 상기 열증기 압축기를 통해 손실된 열을 보충하지 않을 경우, 생산수측의 진공 조절기를 통해 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 감압 및 진공 범위를 순차적으로 증가시킴에 따라 상기 분리막 모듈의 성능을 동일하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열과 해수열원을 재활용하여 다단형 진공막증류 시스템을 통해 담수를 생산함으로써 기존의 해양선박의 담수 생산을 위해 사용되고 있는 역삼투 공정의 높은 전력비용을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 전처리 공정을 포함한 역삼투 공정에 비해 다단형 진공막증류 시스템은 단독공정으로 담수를 생산할 수 있기 때문에 장치가 차지하는 면적을 최소화할 수 있고, 이에 따라 동일한 부지면적 대비 많은 담수량을 생산할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 분리막 모듈 각각에서 발생되는 열손실을 고려하여 열증기 압축기 및 진공 조절기를 통해 동일한 성능을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다단으로 제작된 분리막 모듈에서 사용자의 기호에 따라 생산량을 조절할 수 있으며, 최적화된 운전조건을 통해 공정의 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 멀티형 생산수조를 배치함으로써 담수 배출 시에도 진공 상태가 유지되어 연속적으로 운전이 가능하게 된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 직접접촉형 막증류 방식의 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 진공 막증류 방식의 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템에서 다단형 진공막증류 소수성 분리막이 직렬 및 병렬로 구성하는 것을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 진공 막증류 방식의 해양선박 폐열을 이용한 막증류 수처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템에서 다단형 진공막증류 소수성 분리막이 직렬 및 병렬로 구성하는 것을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템]
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템을 나타내는 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템에서 다단형 진공막증류 소수성 분리막이 직렬 및 병렬로 구성하는 것을 예시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템(100)은, 유입수조(110), 멀티형 생산수조(120), 증기 응축조(130), 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140), 히트펌프(151), 진공펌프(152), 가열용 열교환기(161), 냉각용 열교환기(162), 열증기 압축기(171, 172, 173), 분리막내 진공 조절기(181, 182, 183) 및 생산수측 진공 조절기(191, 192)를 포함한다.
유입수조(110)는 해수인 유입수가 저장되고, 상기 유입수의 온도를 조절 및 제어하여 공급한다. 이때, 상기 유입수조(110)는 해수인 유입수를 60℃~80℃ 범위로 가열 및 유지하기 위해, 선박폐열을 재활용할 수 있는 가열용 열교환기(162)가 내부에 설치되고, 상기 가열용 열교환기(162)에 의해 가열되어 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)으로 이동하는 유입수의 온도를 제어 및 조절하도록 수집한다. 이때, 선박폐열은 해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열을 의미한다.
다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)은 액체 상태의 물을 투과시키지 않고 기화된 유도용질을 투과시키기 위한 것으로서, 다단형(Multi-Stage)으로 직렬 또는 병렬로 연결되어, 담수 생산을 위해 해수 유입수에서 증기만을 분리한다. 구체적으로, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)은 표면이 소수성인 다수의 소수성 분리막 모듈(141, 142, 143)이 다단형(Multi-Stage)으로, 예를 들면, 도 4a에 도시된 바와 같이 직렬식 또는 도 4b에 도시된 바와 같이 병렬식 구성으로 설치될 수 있다. 이때, 상기 소수성 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각은, 폴리에틸렌 계열, 폴리프로필렌 계열, 폴리비닐리덴 플로라이드 계열 또는 폴리테트라플로로에틸렌 계열의 고분자로 구성되고, 또한, 직접도를 높이기 위해서 관형, 중공사형 또는 모세관형(Capillary)의 막 구조로 형성되며, 세공 크기는 0.2~1.0㎛인 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 세공 크기가 0.1㎛ 이하일 경우, 소수성 분리막(140)의 성능이 저하되고, 1.0㎛ 이상일 경우 증기뿐만 아니라 유체가 통과하게 되어 소수성 분리막(140)이 젖는 현상이 발생하게 된다.
증기 응축조(130)는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)을 통해 발생된 증기를 응축시켜 담수를 생산한다. 이때, 상기 증기 응축조(130)는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140) 및 상기 멀티형 생산수조(120) 사이에 기밀성이 유지되는 배관으로 연결되는 것이 바람직하다.
멀티형 생산수조(120)는 상기 증기 응축조(130)에서 생산된 담수를 수집하고, 진공 상태를 유지하여 연속식 운전이 가능하게 한다. 즉, 상기 멀티형 생산수조(120)는 생산된 담수 배출 시 진공이 풀리지 않고 지속적으로 유지되도록 상기 진공펌프(152)와 연결되고, 상기 진공펌프(152)의 전력 소비를 줄이고 직접도를 높이도록 각각의 생산수조 크기가 최소화된 복수의 멀티형으로 제작된다. 또한, 상기 멀티형 생산수조(120)의 상단에 증기 상태의 담수를 응축할 수 있는 증기 응축조(130)가 설치되며, 상기 멀티형 생산수조(120) 및 증기 응축조(130)는 기밀성이 유지되는 배관으로 연결된다.
히트펌프(151)는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 후단에 설치되어 상기 유입수조(110)와 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)에서 손실된 열을 보충하고, 상기 유입수를 순환시킨다. 구체적으로, 상기 히트펌프(151)는 상기 유입수조(110)의 가열된 유입수를 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)으로 순환시키며, 상기 유입수가 기설정된 온도를 유지하도록 상기 유입수조(110)와 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)에서 발생된 열손실을 보충한다.
진공펌프(152)는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 증기 생산을 촉진 및 순환시킨다. 구체적으로, 상기 진공펌프(152)는 상기 멀티형 생산수조(120)의 상단, 상기 증기 응축조(130), 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 증기가 투과되는 면과 기밀성이 유지되는 배관으로 연결되며, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)을 통해 유입수로부터 증기를 생산하도록 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 투과되는 부분의 압력을 낮추어 유출 부분의 압력을 높일 수 있다.
예를 들면, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)을 통해 증기를 발생시키기 위해 걸어주는 진공도는 상기 진공펌프(152)에 의하여 -40밀리바에서 -100밀리바의 범위에서 운전한다. 예를 들면, 상기 진공펌프(152)를 40밀리바 이하로 운전할 경우, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 내구성이 떨어져 친수화됨에 따라 담수화가 이루어지지 않는다. 또한, 100밀리바 이상으로 운전 시 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140) 표면에서 발생된 증기가 원활히 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)을 통과하지 못하여 높은 성능을 나타낼 수 없다. 이때, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각에 진공범위를 진공 조절기(171, 172, 173)를 통해 다양한 조건에서 운전이 가능하도록 조절할 수 있다.
이후, 수집된 증기는 냉각용 열교환기(162)를 통해서 증기 응축조(130)에서 응축되어 멀티형 생산수조(120)로 이동한다. 이때, 응축을 위해 냉각용 열교환기(162)를 통해 해수열원을 이용하여 냉각온도를 10℃도에서 15℃로 유지시킨다. 유입수 가열을 위한 가열용 열교환기(161)와 생산된 증기를 냉각을 통해 응축시키기 위한 냉각용 열교환기(162)가 상기 유입수조(110) 및 증기 응축조(130)에 각각 설치된다.
가열용 열교환기(161)는 상기 유입수조(110) 내에 설치되어 해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열을 통해 유입수를 가열한다. 즉, 상기 가열용 열교환기(161)는 상기 유입수조(110) 내에 설치되고, 선박의 엔진에서 발생하는 선박폐열을 이용하여 유입수를 가열시킨다. 즉, 상기 유입수조(110)에 설치된 가열용 열교환기(161)를 이용하여 선박의 폐열 및 해수열원을 재활용하여 유입수의 온도를 유지시킨다. 이때, 상기 유입수의 운전온도는 60℃에서 80℃의 범위를 가진다.
냉각용 열교환기(162)는 상기 증기 응축조(130) 내에 설치되어 해수열원을 통해 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)으로부터 투과된 증기를 응축시킨다. 즉, 상기 냉각용 열교환기(162)는 상기 증기 응축조(130) 내부 상단에 설치되며, 5~15℃의 해수열원을 이용하여 증기를 응축하여 냉각시킬 수 있다.
열증기 압축기(171, 172, 173)는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각에서 손실된 열을 보충한다. 즉, 상기 열증기 압축기(171, 172, 173)는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)에서 유입수가 순환되는 부분 사이에 연결되며, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각에서 발생되는 열손실을 각각 보충하여 운전 온도조건을 만족시킬 수 있다.
분리막내 진공 조절기(181, 182, 183)는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각의 진공 및 감압 범위를 조절한다. 구체적으로, 상기 분리막내 진공 조절기(181, 182, 183)는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)에서 증기가 투과되는 부분 사이에 연결되며, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각이 동일 조건으로 운전되도록 진공을 조절함으로써, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각에서 발생되는 열손실로 인해 줄어드는 증기압에 따라 점차 후단으로 갈수록 상기 분리막 모듈(141, 142, 143)의 성능이 감소되는 현상을 방지할 수 있다.
생산수측 진공 조절기(191, 192)는, 상기 열증기 압축기(171, 172, 173)를 통해 손실된 열을 보충하지 않을 경우, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 감압 및 진공 범위를 순차적으로 증가시킴에 따라 분리막 모듈(141, 142, 143)의 성능을 동일하게 확보할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템은, 종래 기술에 따른 시스템의 단점을 해결함과 동시에 최적화된 운전조건을 제시하고, 독립적이고 차별화된 시스템을 구성함으로써 공정의 안정성을 확보하며 연속적인 운전을 수행할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템의 경우, 해양선박의 엔진 냉각수 및 연돌에서 발생하는 60∼80℃의 선박폐열과 7∼15℃의 해수열원을 이용하여 열교환기 및 히트펌프를 통해 열원을 재활용함으로써 경제적으로 담수를 생산할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템의 경우, 압력으로 구동하는 역삼투 공정과 달리 고농도의 유입수에도 영향을 받지 않으며, 전처리 공정 없이 담수 생산이 가능하여 장치가 차지하는 부지 면적도 작다는 장점이 있다.
[해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 방법]
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 방법은, 먼저, 해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열을 이용하여 가열용 열교환기(161)로 가열된 해수원수를 유입수조(110)에 저장한다(S110).
다음으로, 상기 유입수조(110) 및 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140) 전단에서 발생된 열손실을 보충하도록 히트펌프(151)를 통해 유입수의 온도를 유지하면서 순환시킨다(S120). 이때, 상기 히트펌프(151)를 통해 순환되는 유량은 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈의 제원을 고려하여 레이놀즈 방정식에 따라 유체의 흐름이 층류인 조건의 범위를 산정하여 순환시키는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)은 표면이 소수성인 다수의 소수성 분리막 모듈(141, 142, 143)이 다단형(Multi-Stage)으로 직렬식 또는 병렬식 구성으로 설치되며, 상기 소수성 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각은, 폴리에틸렌 계열, 폴리프로필렌 계열, 폴리비닐리덴 플로라이드 계열 또는 폴리테트라플로로에틸렌 계열의 고분자로 구성되고, 관형, 중공사형 또는 모세관형(Capillary)의 막 구조로 형성되며, 세공 크기는 0.2~1.0㎛인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 증기가 투과되는 측면에 진공펌프(152)를 통해 -40밀리바에서 -100밀리바의 운전조건으로 감압 및 진공을 걸어준다(S130).
다음으로, 가열된 유입수는 감압 및 진공으로 인해 증기압 차이가 발생되며, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 표면에서 증기가 형성되고, 막 세공으로 증기가 투과된다(S140). 이때, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각에서 발생한 열손실을 열증기 압축기(171, 172, 173)를 통해 온도를 보충하여 다음 단 모듈(141, 142, 143)에 순환시킨다. 이러한 경우, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143)에서 발생하는 열손실을 보충함으로써, 분리막 모듈(141, 142, 143) 성능을 동일하게 운전할 수 있다.
또한, 다른 운전방법으로 상기 열증기 압축기(171, 172, 173)를 통해 손실된 열을 보충하지 않을 경우, 생산수측의 진공 조절기(191, 192) 통해 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 감압 및 진공 범위를 순차적으로 증가시킴에 따라 분리막 모듈(141, 142, 143)의 성능을 동일하게 확보할 수 있다.
다음으로, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143)에서 발생된 증기는 진공펌프(152)에 의해 증기 응축조(130)로 이동하게 되고, 냉각용 열교환기(162)를 통해 응축된다(S150).
다음으로, 상기 증기 응축조(130) 내에서 냉각용 열교환기(162)를 통해 응축된 담수는 멀티형 생산수조(120)에서 수집된다(S160). 이때, 상기 멀티형 생산수조(120)는 진공을 유지하면서 담수를 수집한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열과 해수열원을 재활용하여 다단형 진공막증류 시스템을 통해 담수를 생산함으로써 기존의 해양선박의 담수 생산을 위해 사용되고 있는 역삼투 공정의 높은 전력비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 전처리 공정을 포함한 역삼투 공정에 비해 다단형 진공막증류 시스템은 단독공정으로 담수를 생산할 수 있기 때문에 장치가 차지하는 면적을 최소화할 수 있고, 이에 따라 동일한 부지면적 대비 많은 담수량을 생산할 수 있다.
또한, 다단형 진공막증류 소수성 분리막의 분리막 모듈 각각에서 발생되는 열손실을 고려하여 열증기 압축기 및 진공 조절기를 통해 동일한 성능을 확보할 수 있고, 또한, 다단으로 제작된 분리막 모듈에서 사용자의 기호에 따라 생산량을 조절할 수 있으며, 최적화된 운전조건을 통해 공정의 안정성을 확보할 수 있으며, 멀티형 생산수조를 배치함으로써 담수 배출 시에도 진공 상태가 유지되어 연속적으로 운전이 가능하게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 다단형 진공막증류 시스템
110: 유입수조
120: 멀티형 생산수조
130: 증기 응축조
140: 다단형 진공막증류 소수성 분리막
141, 142, 143: 분리막 모듈
151: 히트펌프(유입수 순환용)
152: 진공펌프
161: 가열용 열교환기
162: 냉각용 열교환기
171, 172, 173: 열증기 압축기
181, 182, 183: 분리막내 진공 조절기
191, 192: 생산수측 진공 조절기
110: 유입수조
120: 멀티형 생산수조
130: 증기 응축조
140: 다단형 진공막증류 소수성 분리막
141, 142, 143: 분리막 모듈
151: 히트펌프(유입수 순환용)
152: 진공펌프
161: 가열용 열교환기
162: 냉각용 열교환기
171, 172, 173: 열증기 압축기
181, 182, 183: 분리막내 진공 조절기
191, 192: 생산수측 진공 조절기
Claims (18)
- 다단형(Multi-Stage)으로 직렬 또는 병렬로 연결되어, 해수 유입수에서 증기만을 분리하여 투과시키는 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140);
상기 유입수가 저장되고, 상기 유입수의 온도를 조절 및 제어하여 공급하는 유입수조(110);
상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)을 통해 발생된 증기를 응축시켜 담수를 생산하는 증기 응축조(130);
상기 증기 응축조(130)에서 생산된 담수를 수집하고, 진공 상태를 유지하여 연속식 운전이 가능하게 하는 멀티형 생산수조(120);
상기 유입수조(110) 내에 설치되어 해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열을 통해 유입수를 가열하는 가열용 열교환기(161);
상기 증기 응축조(130) 내에 설치되어 해수열원을 통해 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)으로부터 투과된 증기를 응축하는 냉각용 열교환기(162);
상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각에서 손실된 열을 보충하는 열증기 압축기(171, 172, 173);
상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각의 진공 및 감압 범위를 조절하는 분리막내 진공 조절기(181, 182, 183);
상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 증기 생산을 촉진 및 순환시키는 진공펌프(152); 및
상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 후단에 설치되어 상기 유입수조(110)와 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)에서 손실된 열을 보충하고, 상기 유입수를 순환시키는 히트펌프(151)를 포함하며,
상기 열증기 압축기(171, 172, 173)는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)에서 유입수가 순환되는 부분 사이에 연결되며, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각에서 발생되는 열손실을 보충하는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)은 표면이 소수성인 다수의 소수성 분리막 모듈(141, 142, 143)이 다단형(Multi-Stage)으로 직렬식 또는 병렬식 구성으로 설치되는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 소수성 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각은, 폴리에틸렌 계열, 폴리프로필렌 계열, 폴리비닐리덴 플로라이드 계열 또는 폴리테트라플로로에틸렌 계열의 고분자로 구성되고, 관형, 중공사형 또는 모세관형(Capillary)의 막 구조로 형성되며, 세공 크기는 0.2~1.0㎛인 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 유입수조(110)는 해수인 유입수를 60℃~80℃ 범위로 가열 및 유지하기 위해, 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열을 재활용할 수 있는 가열용 열교환기(162)가 내부에 설치되고, 상기 가열용 열교환기(162)에 의해 가열되어 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)으로 이동하는 유입수의 온도를 제어 및 조절하도록 수집하는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 멀티형 생산수조(120)는 생산된 담수 배출 시 진공이 풀리지 않고 지속적으로 유지되도록 상기 진공펌프(152)와 연결되고, 복수의 멀티형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 멀티형 생산수조(120)의 상단에 증기 상태의 담수를 응축할 수 있는 증기 응축조(130)가 설치되며, 상기 멀티형 생산수조(120) 및 증기 응축조(130)는 기밀성이 유지되는 배관으로 연결되는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 증기 응축조(130)는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140) 및 상기 멀티형 생산수조(120) 사이에 기밀성이 유지되는 배관으로 연결되는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 냉각용 열교환기(162)는 상기 증기 응축조(130) 내부 상단에 설치되며, 5~15℃의 해수열원을 이용하여 증기를 응축하여 냉각시키는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 가열용 열교환기(161)는 상기 유입수조(110) 내에 설치되고, 해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열을 이용하여 유입수를 가열하는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 분리막내 진공 조절기(181, 182, 183)는 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)에서 증기가 투과되는 부분 사이에 연결되며, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각이 동일 조건으로 운전되도록 진공을 조절함으로써, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각에서 발생되는 열손실로 인해 줄어드는 증기압에 따라 점차 후단으로 갈수록 상기 분리막 모듈(141, 142, 143)의 성능이 감소되는 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 진공펌프(152)는 상기 멀티형 생산수조(120)의 상단, 상기 증기 응축조(130), 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 증기가 투과되는 면과 기밀성이 유지되는 배관으로 연결되며, 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)을 통해 유입수로부터 증기를 생산하도록 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 투과되는 부분의 압력을 낮추어 유출 부분의 압력을 높이는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 히트펌프(151)는 상기 유입수조(110)에서 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열로 인해 가열된 유입수를 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)으로 순환시키며, 상기 유입수가 기설정된 온도를 유지하도록 상기 유입수조(110)와 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)에서 발생된 열손실을 보충하는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 시스템. - a) 해양선박의 엔진 냉각수 폐열 및 연돌의 폐열과 같은 선박폐열을 이용하여 가열용 열교환기(161)로 가열된 유입수를 유입수조(110)에 저장하는 단계;
b) 상기 유입수조(110) 및 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140) 전단에서 발생된 열손실을 보충하도록 히트펌프(151)를 통해 유입수의 온도를 유지하면서 순환시키는 단계;
c) 진공펌프(152)를 통해 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 증기가 투과되는 측면에서 감압 및 진공을 형성하는 단계;
d) 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 표면에서 증기가 형성되어 투과시키는 단계;
e) 상기 진공펌프(152)에 의해 증기가 증기 압축조로 이동하고, 냉각용 열교환기(162)가 증기를 응축하여 담수를 생산하는 단계; 및 f) 멀티형 생산수조(120)가 응축된 담수를 수집하는 단계를 포함하되, 상기 b) 단계의 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)은 표면이 소수성인 다수의 소수성 분리막 모듈(141, 142, 143)이 다단형(Multi-Stage)으로 직렬식 또는 병렬식 구성으로 설치되며,
상기 d) 단계에서 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각에서 발생한 열손실을 열증기 압축기(171, 172, 173)를 통해 온도를 보충하여 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 분리막 모듈(141, 142, 143)로 순환시키는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 방법. - 제14항에 있어서,
상기 소수성 분리막 모듈(141, 142, 143) 각각은, 폴리에틸렌 계열, 폴리프로필렌 계열, 폴리비닐리덴 플로라이드 계열 또는 폴리테트라플로로에틸렌 계열의 고분자로 구성되고, 관형, 중공사형 또는 모세관형(Capillary)의 막 구조로 형성되며, 세공 크기는 0.2~1.0㎛인 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 방법. - 제14항에 있어서,
상기 c) 단계에서 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 증기가 투과되는 측면에 상기 진공펌프(152)를 통해 -40밀리바에서 -100밀리바의 운전조건으로 감압 및 진공을 걸어주는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 방법. - 삭제
- 제14항에 있어서,
상기 d) 단계에서, 상기 열증기 압축기(171, 172, 173)를 통해 손실된 열을 보충하지 않을 경우, 생산수측의 진공 조절기(191, 192)를 통해 상기 다단형 진공막증류 소수성 분리막(140)의 감압 및 진공 범위를 순차적으로 증가시킴에 따라 상기 분리막 모듈(141, 142, 143)의 성능을 동일하게 유지하는 것을 특징으로 하는 해양선박용 담수 생산을 위한 다단형 진공막증류 방법.
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