KR101695881B1 - Electrical Power Generation And Seawater Desalination System Using Solar Energy For Off-shore Facilities - Google Patents

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Abstract

해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템이 개시된다. 본 발명의 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템은, 선박을 포함한 해상 설비에서의 해수를 이용한 발전 및 담수화 설비로써, 유체를 가압시켜 태양열로 가열하여 과열 유체를 형성시키는 태양열 축열부; 및 해수를 증발시키고 과열 유체와 열교환하여 생성된 수증기로 전력을 생산하고, 배출된 증기를 응축시켜 담수를 생산하는 발전 및 담수 생산부를 포함하는 것을 특징으로 한다. A seawater solar power generation and desalination system for marine facilities is disclosed. The present invention relates to a seawater solar power generation and desalination system for marine facilities, comprising: a solar heat storage unit for generating and desalinating water using seawater in a marine facility including a ship, And a power generation and fresh water production section for producing seawater by evaporating the steam, producing electricity by steam generated by heat exchange with the superheated fluid, and condensing the discharged steam to produce fresh water.

Figure R1020120045905
Figure R1020120045905

Description

해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템{Electrical Power Generation And Seawater Desalination System Using Solar Energy For Off-shore Facilities}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a seawater solar power generation and desalination system,

본 발명은 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체를 해수와 열교환시켜 발전하고 해수를 담수화하는 해상 설비용 발전 및 담수화 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a seawater solar power generation and desalination system for marine facilities, and more particularly, to a power generation and desalination system for marine facilities for generating seawater by heat exchange with superheated fluid formed by heating using pressurization and solar heat will be.

일반적으로 증기 터빈을 이용하는 발전은, 보일러에서 증기를 발생시키고 이러한 증기를 이용하여 터빈을 가동시켜 발전기를 구동시키는 것을 기본 사이클로 한다.Generally, a power generation using a steam turbine generates steam in a boiler and uses the steam to operate the turbine to drive the generator as a basic cycle.

증기 사이클에서 발전기 구동 후 배출된 증기를 복수시키는 것은 증기 사이클 효율과 관련된 중요한 과정이다. 에너지 활용 측면에서 보면 화력 발전기의 경우 투입 연료의 40% 정도만 전기로 변환되고, 13% 정도는 연소과정과 발전기에서 손실된다. 투입 연료의 에너지 중 47% 정도는 증기의 복수 과정에서 냉각수에 흡수되어 폐열로 손실되는데, 이는 열 이용이라는 측면에서뿐만 아니라 표층수보다 고온상태로 배출되는 냉각수에 의한 해양 생태계의 영향이라는 측면에서도 바람직하지못하다.It is an important process related to the steam cycle efficiency to enrich the steam that is discharged after the generator is driven in the steam cycle. In terms of energy utilization, only about 40% of the input fuel is converted to electricity, and about 13% is lost in the combustion process and the generator. About 47% of the energy of the input fuel is absorbed by the cooling water in the course of the steam process and is lost as waste heat. This is not preferable from the viewpoint of the heat utilization as well as the effect of the marine ecosystem by the cooling water discharged at a higher temperature than the surface water .

따라서 이러한 증기의 열 이용도를 높이기 위해, 복수 과정에 앞서 해수 담수화 장치에 열원으로 활용하는 방법이 종래 개발되어있다. Therefore, in order to increase the heat utilization of such steam, a method of utilizing the seawater desalination apparatus as a heat source prior to a plurality of processes has been conventionally developed.

일반적으로 해수로부터 담수를 분리하는 공정은 에너지원에 따라, 크게 열에너지, 기계/전기에너지, 재생에너지 시스템으로 구분되며, 담수 제조 방식에 따라서는 증발/증류법, 역삼투압법, 냉동법, 전기투석법 등이 있다. 이 중 태양열을 이용한 담수법은 열에너지를 이용하는 방법으로 증발기를 1개 적용한 단효용, 그리고 담수 수율을 높이기 위하여 여러 개의 증발기를 채택한 다단 효용 시스템으로 구분된다. 이러한 다단 시스템은 크게 다단 플래시 증류법(Multi-Stage Flash Distillation, MSF)과 다중효용 증발법(Multi-Effect Evaporation, MED)으로 구분되고 있다. 이러한 방식은 고온의 스팀을 사용하거나 대량의 담수를 제조하는 대형 시스템에 적용되고 있다.Generally, the process of separating fresh water from seawater is divided into thermal energy, mechanical / electrical energy and renewable energy system depending on the energy source. Depending on the fresh water production method, evaporation / distillation method, reverse osmosis method, . Among them, the fresh water using solar heat is divided into a multi-stage utility system using multiple evaporators to increase the fresh water yield and a single utility using one evaporator using heat energy. These multi-stage systems are divided into Multi-Stage Flash Distillation (MSF) and Multi-Effect Evaporation (MED). This approach has been applied to large systems that use high temperature steam or produce large volumes of fresh water.

도 1은 종래의 다단 시스템의 해수 담수화 설비의 일 예를 도시한다.Fig. 1 shows an example of a conventional seawater desalination system of a multi-stage system.

해수 담수화 설비에서 증발기는 여러 개(대략 19 ~ 30개, 도 1은 일부만을 도시한다)의 스테이지로 구성되며, 각각의 스테이지는 응축기(4), 기수분리기(5), 그리고 증발실(3)로 구성되어 있다.In the seawater desalination plant, the evaporator is composed of a plurality of stages (approximately 19 to 30, only one of which is shown in FIG. 1), and each stage includes a condenser 4, a water separator 5, .

해수 담수화 장치에서 순환 농염수(Recycling Brine)는 농염수 순환펌프(Brine Recirculation Pump)에 의하여 각각의 열회복구간(Heat Rejection Section)의 응축기(4) 내부를 흘러 해수 가열기(Brine Heater, 2)에 유입되어 해수 가열기(2) 튜브 바깥쪽에서 흐르는, 발전설비(1) 등으로부터 공급된 증기에 의해 가열된다.In the seawater desalination unit, the recycling brine flows through the condenser (4) of each heat recovery section by means of a brine recirculation pump to the seawater heater (Brine Heater, 2) And is heated by the steam supplied from the power generation facility 1 or the like which flows in and flows outside the tube of the seawater heater 2.

상기 가열된 순환 농염수는 순차적으로 낮은 압력으로 유지되고 있는 스테이지(Stage)의 증발실(Flash Chamber, 3)로 유입된다. 가열된 순환 농염수가 유입되면 증발실(3) 주변의 낮은 압력으로 인하여 맹렬한 증발이 유도되는데, 이러한 증발 현상은 유입된 순환 농염수가 그 스테이지의 압력에 해당하는 끓는점까지 냉각되는 동안 계속된다. 그리고, 다음 스테이지로 유입되어 이와 같은 과정을 반복하게 되며 점점 농도가 증가한다.The heated circulating salt water is introduced into a flash chamber 3 of a stage which is maintained at a low pressure sequentially. When the heated circulating water is introduced, vigorous evaporation is induced due to the low pressure around the evaporation chamber (3), and this evaporation phenomenon continues while the introduced circulating hydrochloric water is cooled to the boiling point corresponding to the pressure of the stage. Then, it flows into the next stage and repeats this process, and the concentration gradually increases.

최종 스테이지에 이르러 전체 순환 농염수의 농도를 조정하기 위하여 일부는 농염수 배출펌프(Brine Blowdown Pump) 밖으로 배출된다. 생성된 증기는 기수분리기(Demister, 5)를 지나 포함되어 있을 수 있는 염의 알갱이들을 제거한다. 그리고, 스테이지의 응축기(4)부로 유입되어 튜브 내부를 흐르는 순환 농염수에 의하여 담수로 응축된다.In the final stage, some are discharged outside the Brine Blowdown Pump to adjust the concentration of the total circulating salt water. The resulting steam is passed through a water separator (5) to remove any salts that may be contained. Then, it flows into the condenser (4) of the stage and is condensed into fresh water by the circulating hydrochloric water flowing in the tube.

이러한 종래의 해수 담수화 장치는 열효율을 향상시키기 위해서는 증발기내의 전열면적과 스테이지 수를 늘려야하기 때문에, 그에 따라 설치공간을 많이 차지하게 되고, 제작비용이 증대되었을 뿐만 아니라, 해수 가열기의 구동을 위해 화석 연료가 필요하였다. 화력 발전소나 원자력 발전소에 설치되어 이로부터 발생하는 스팀을 이용하는 경우에는, 화석 연료 사용과 이에 따른 환경 오염 문제, 폐기물 발생 문제 등이 따른다. 또한 2011년 동일본 대지진과 이에 따른 후쿠시마 원전 사태에서 볼 수 있듯이 원전 설치에 따른 위험성도 문제된다. In order to improve the thermal efficiency, the conventional seawater desalination apparatus has to increase the heat transfer area and the number of stages in the evaporator, thereby increasing the installation space and increasing the manufacturing cost. In addition, in order to drive the seawater heater, . In case of using steam generated from a thermal power plant or a nuclear power plant, the use of fossil fuel, environmental pollution, and waste generation are caused. In addition, as shown by the 2011 earthquake in East Japan and the subsequent Fukushima nuclear power plant, the risk of installing nuclear power plants is also a problem.

또한 종래의 해수 담수화 장치는 고정된 장소에 설치됨으로써, 담수 공급 가능범위가 한정적이어서 담수가 필요 지역에 유동적으로 담수를 공급하는 것이 불가능했다. 또한 온도가 높지 않은 발전기 스팀을 이용하므로 해수로부터 발생한 수증기의 증기압이 비교적 작아 이를 발전에 이용하기 어려웠기에, 바로 응축시켜 담수화할 수 있을 뿐이었다. In addition, since the conventional seawater desalination apparatus is installed in a fixed place, the range in which fresh water can be supplied is limited, and it is impossible to supply fresh water to the required area. Also, since the steam pressure of the water vapor generated from seawater was relatively small due to the use of the generator steam not having a high temperature, it was difficult to use it for power generation.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체를 해수와 열교환시켜 발전하고 해수를 담수화할 수 있는 시스템을 제공함으로써, 종래 화석 연료나 원자력을 이용한 발전 및 담수화 시스템의 환경 오염과 안전성 문제를 해결하고, 종래의 태양열 이용 담수화 기술이 지닌 일조량 변화에 의한 담수 생산량 불규칙 또는 담수 생산이 어려운 문제점을 해결하고자 한다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a system capable of desalination of seawater by heat exchange with superheated fluid formed by heating using pressurized and solar heat, The problem of environmental pollution and safety of the power generation and desalination system used is solved and the problem of the irregularity of fresh water production due to the change in the amount of sunshine and the difficulty of producing fresh water due to the conventional solar water desalination technology is solved.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박을 포함한 해상 설비에서의 해수를 이용한 발전 및 담수화 설비에 있어서,According to an aspect of the present invention, in a power generation and desalination plant using seawater in a marine facility including a ship,

유체를 가압시켜 태양열로 가열하여 과열 유체를 형성시키는 태양열 축열부; 및 A solar heat storage unit that pressurizes the fluid to form a superheated fluid by heating it with solar heat; And

해수를 증발시키고 상기 과열 유체와 열교환하여 생성된 수증기로 전력을 생산하고, 배출된 증기를 응축시켜 담수를 생산하는 발전 및 담수 생산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템이 제공된다. And a fresh water producing unit for producing fresh water by condensing the discharged steam to produce electricity by steam generated by heat exchange with the superheated fluid, and a seawater solar power generation and desalination system for marine equipment, / RTI >

상기 태양열 축열부는 공급되는 유체의 압력을 상승시키는 가압 펌프와, 상기 가압 펌프에 연결되며 태양열을 흡수하여 상기 유체를 가열하여 상기 과열 유체를 형성시키는 태양열 가열기와, 상기 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체를 저장하는 고온수 탱크를 포함할 수 있다.The solar heat storage unit includes a pressurizing pump for increasing a pressure of a fluid to be supplied, a solar heater connected to the pressurizing pump and absorbing solar heat to form the superheating fluid by heating the fluid, And a hot water tank for storing the hot water.

상기 태양열 축열부는 상기 고온수 탱크와 상기 담수 생산부를 연결하는 유로에 마련되어 상기 과열 유체의 순환을 조절하는 모터구동밸브와, 상기 가압 펌프보다 높게 마련되어 위치 수두 원리로 상기 가압 펌프에 유입되는 상기 유체의 도입 압력을 상승시키는 가압 설비를 더 포함할 수 있다.The solar heat storage unit may include a motor drive valve provided in a flow path connecting the hot water tank and the fresh water producing unit to regulate the circulation of the superheated fluid and a motor drive valve provided at a position higher than the pressure pump, And may further include a pressurizing facility for raising the introduction pressure.

상기 가압 설비는 상기 가압 설비는 상기 유체가 저장될 수 있는 가압 탱크와, 상기 고온수 탱크와 상기 가압 설비를 연결하는 유로에 마련되어 상기 유체가 상기 고온수 탱크로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브를 포함할 수 있다.The pressurization facility includes a pressurizing tank capable of storing the fluid and a check valve provided in a flow path connecting the high temperature water tank and the pressurizing facility to prevent the fluid from flowing back to the hot water tank can do.

상기 가압 설비는 상기 가압 설비 용기 내의 유체가 빠져나갈 경우 형성될 수 있는 진공 상태를 막기 위한 진공 브레이커를 더 포함할 수 있다.The pressurization facility may further include a vacuum breaker for preventing a vacuum state that may be formed when the fluid in the pressurization facility container is discharged.

상기 발전 및 담수 생산부는 공급받은 상기 해수와 상기 과열 유체와의 열교환으로 수증기가 형성되는 증발 탱크와, 상기 증발 탱크로부터 상기 수증기를 공급받아 전력을 생산하는 터빈 발전기와, 상기 터빈 발전기에서 배출되는 상기 수증기를 냉각시켜 담수가 생성되는 복수기를 포함할 수 있다.
The power generation and desalination production unit includes an evaporation tank in which water vapor is formed by heat exchange between the supplied seawater and the superheated fluid, a turbine generator that receives the steam from the evaporation tank and generates electric power, And a condenser in which water vapor is cooled to produce fresh water.

상기 발전 및 담수 생산부는 상기 증발 탱크의 내부에 설치되어, 상기 해수와 열교환작용할 수 있도록 상기 과열 유체가 순환하여 흐르는 코일형 파이프를 더 포함할 수 있다.The power generation and fresh water production unit may further include a coil-shaped pipe installed in the evaporation tank and circulatingly flowing the superheated fluid so as to perform heat exchange with the seawater.

상기 발전 및 담수 생산부는 상기 증발 탱크 내의 상기 해수 염도를 감지하는 염도 센서와, 상기 해수가 설정된 농도 이상이 되면 증발 탱크 외부로 배출시키는 배출 펌프를 더 포함할 수 있다. The power generation and desalination production unit may further include a salinity sensor for sensing the salinity of the seawater in the evaporation tank and a discharge pump for discharging the seawater to the outside of the evaporation tank when the concentration of the seawater exceeds a set concentration.

상기 발전 및 담수 생산부는 상기 복수기에서 생성된 담수가 저장되는 담수 탱크와, 상기 복수기 내부에 설치되어 상기 해수가 순환하여 흐르는 냉각용 파이프를 더 포함하되, 상기 복수기에서 상기 냉각용 파이프를 흐르며 상기 수증기와 열교환작용으로 가열된 상기 해수가 상기 증발 탱크에 공급될 수 있다.Wherein the power generating and freshwater producing unit further comprises a fresh water tank in which fresh water generated in the condenser is stored and a cooling pipe installed inside the condenser to circulate the seawater, And the seawater heated by the heat exchange operation can be supplied to the evaporation tank.

상기 유체는 물 및 해수를 포함하는 군에서 선택될 수 있다.
The fluid may be selected from the group comprising water and seawater.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 선박을 포함한 해상 설비에서 해수를 이용하여 발전하고 담수화하는 방법에 있어서,According to another aspect of the present invention, there is provided a method of generating and desalinating water using seawater in a marine facility including a ship,

1) 유체를 가압시키고 태양열로 가열하여 과열 유체를 형성하는 단계;1) pressurizing the fluid and heating it with solar heat to form a superheated fluid;

2) 해수를 상기 과열 유체와의 열교환작용에 의해 증발시켜 수증기를 생성하는 단계;2) evaporating seawater by heat exchange with the superheated fluid to generate steam;

3) 상기 수증기를 터빈에 공급하여 전력을 생산하는 단계; 및3) supplying the water vapor to the turbine to produce electric power; And

4) 상기 수증기를 응축시켜 담수를 생산하는 단계를 포함하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 방법이 제공된다.And 4) condensing the steam to produce fresh water.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 해수를 이용하는 발전 및 담수화 방법에 있어서, According to another aspect of the present invention, there is provided a method of generating and desalinating water using seawater,

태양열로 유체를 가열시켜 과열 유체를 형성하여 저장하고, 태양열을 이용할 수 없는 경우에 해수를 상기 과열 유체와 열교환시켜 형성된 증기로 발전한 후 배출된 상기 증기를 응축시킴으로써 담수를 생산하는 것을 특징으로 하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 방법이 제공된다. Wherein the water is heated by solar heat to form and store a superheated fluid, and when the solar heat is not available, the seawater is heat-exchanged with the superheated fluid to generate steam, and then the discharged steam is condensed to produce fresh water. The facility provides sea water solar power generation and desalination methods.

상기 과열 유체는 위치 수두 원리 및 펌핑으로 유체에 가압함으로써 끓는점을 상승시켜 형성될 수 있다.The superheated fluid can be formed by increasing the boiling point by pressing the fluid with the principle of position head and pumping.

본 발명은 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체로 해수를 증발시킬 수 있는 해수 발전 및 담수화 시스템을 제공함으로써, 화석 연료나 원자력을 이용한 발전 및 담수화 시스템의 환경 오염과 안전성 문제를 해결하고, 저장된 과열 유체를 해수 담수화에 사용함으로써 종래의 태양열 이용 담수화 기술이 지닌 일조량 변화에 의한 담수 생산량 불규칙 또는 담수 생산이 어려운 문제점을 해결할 수 있다.The present invention provides a seawater generating and desalination system capable of evaporating seawater as a superheated fluid formed by heating using pressurized and solar heat, thereby solving environmental pollution and safety problems of fossil fuel and nuclear power generation and desalination systems, By using the superheated fluid for seawater desalination, it is possible to solve the problem that irregular production of fresh water or difficulty in production of fresh water due to the change of the amount of sunshine in the conventional solar water desalination technology.

또한, 본 발명은 선박을 포함한 해상 설비에 이러한 발전 및 담수화 시스템을 구비함으로 전력 및 담수 공급이 필요한 지역에 시의적절하게 전력과 담수를 공급할 수 있다. In addition, the present invention is equipped with such a power generation and desalination system in a maritime equipments including a ship, so that power and fresh water can be supplied timely to an area where power and fresh water supply are required.

도 1은 종래의 다단 시스템의 해수 담수화 설비의 일 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템을 개략적으로 도시한다.
Fig. 1 shows an example of a conventional seawater desalination system of a multi-stage system.
FIG. 2 schematically illustrates a solar water heating and desalination system for a marine facility according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템을 개략적으로 도시한다.FIG. 2 schematically illustrates a solar water heating and desalination system for a marine facility according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템은, 선박을 포함한 해상 설비에서의 해수를 이용한 발전 및 담수화 설비로써, 유체를 가압시켜 태양열로 가열하여 과열 유체를 형성시키는 태양열 축열부(100)와, 해수를 증발시키고 과열 유체와 열교환하여 생성된 수증기로 전력을 생산하고, 배출된 증기를 응축시켜 담수를 생산하는 발전 및 담수 생산부(200)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the seawater solar power generation and desalination system for marine equipment according to an embodiment of the present invention is a power generation and desalination system using seawater in a marine facility including a ship, A power generating and freshwater producing unit 200 for producing electric power by steam generated by evaporating seawater and heat exchange with the superheated fluid and condensing the discharged steam to produce fresh water, .

본 실시예에 기재된 과열 유체란 과열 가스와 과열 액체를 포함하는 개념으로 사용된 것으로서, 여기서 과열 액체란 외부압력의 상승에 따라 끓는점 이상의 온도에 도달하였음에도 기화되지 않고 액체 상태를 유지하는 액체를 말한다.The superheated fluid described in this embodiment is used as a concept including a superheated gas and a superheated liquid. Here, superheated liquid refers to a liquid that maintains a liquid state without being vaporized even when the temperature reaches a boiling point or more as the external pressure rises.

이는 다음의 원리에 의한 것이다. This is based on the following principle.

보일-샤를의 법칙(Boyle-Charles' Law)은 온도가 일정할 때 기체의 압력은 부피에 반비례한다는 보일의 법칙과 압력이 일정할 때 기체의 부피는 온도의 증가에 비례한다는 샤를의 법칙을 조합하여 만든 법칙으로 온도, 압력, 부피가 동시에 변화할 때 이들 사이의 관계를 나타낸다. Boyle-Charles' Law defines Bohr's law that the gas pressure is inversely proportional to the volume when the temperature is constant, and Charles's law that the volume of the gas is proportional to the increase in temperature when the pressure is constant And the relationship between temperature, pressure, and volume at the same time.

이는 다음과 같은 수식으로 표현된다.This is expressed by the following equation.

Figure 112012034762661-pat00001
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위의 식에서 k는 일정하다. In the above equation, k is constant.

따라서 위의 식을 만족시키려면, 압력이 상승할 경우 이에 따른 온도도 상승해야 함을 알 수 있다. Therefore, in order to satisfy the above equation, it can be seen that when the pressure rises, the corresponding temperature must also rise.

액체의 끓는점이란, 액체가 증발하면서 발생한 기체의 내부 압력과 외부 압력이 동일하게 되는 온도이고, 이를 위의 식에 적용해보면 외부 압력이 상승하는 경우, 액체의 끓는점도 상승해야 한다는 결론에 도달한다. The boiling point of the liquid is the temperature at which the internal pressure of the gas and the external pressure become the same when the liquid evaporates. Applying this to the above equation, it is concluded that the boiling point of the liquid should rise when the external pressure rises.

본 발명은 이러한 압력 상승에 의한 끓는점 오름 원리를 이용한다. 즉 가압 펌프(110)를 통해 압력을 상승시켜 유체의 끓는점을 높이고, 태양열로 가열하여 유체를 원래의 끓는점 이상으로 가열된 과열 유체를 형성시킨 후 이를 해수와 열교환시켜 증기를 생성하여 발전에 이용하고 담수화한다. The present invention utilizes the boiling point ascending principle by such a pressure rise. That is, the pressure is raised through the pressurizing pump 110 to raise the boiling point of the fluid. The fluid is heated by the solar heat to form a superheated fluid heated to the original boiling point or more and then heat-exchanged with the seawater to generate steam. Desalinate.

태양열 축열부(100)는 공급되는 유체의 압력을 상승시키는 가압 펌프(110)와, 가압 펌프(110)에 연결되며 태양열을 흡수하여 유체를 가열하여 과열 유체를 형성시키는 태양열 가열기(120)와, 태양열 가열기(120)에서 형성된 과열 유체를 저장하는 고온수 탱크(130)를 포함할 수 있다.The solar heat storage unit 100 includes a pressurizing pump 110 for increasing the pressure of the supplied fluid, a solar heater 120 connected to the pressurization pump 110 and absorbing solar heat to form a superheated fluid by heating the fluid, And a high temperature water tank 130 for storing the superheated fluid formed in the solar heaters 120.

태양열 가열기(120)에서 형성된 과열 유체가 고온수 탱크(130)를 바이패스하여 바로 발전 및 담수 생산부(200)에 공급될 수 있는 유로와 밸브를 포함하여 시스템을 구성할 수도 있다. The system may include a flow path and a valve that can be supplied to the power generation and fresh water production section 200 by bypassing the high temperature water tank 130 and the superheated fluid formed in the solar heaters 120.

고온수 탱크(130)의 설치로 인해, 태양열을 이용하여 과열 유체를 형성하기 어려운 상황, 예를 들어 야간이나 장마철 등 일조량이 충분치 않은 경우에도 안정적으로 과열 유체를 공급해 담수를 생산하는 것이 가능해진다.The installation of the high-temperature water tank 130 makes it possible to stably supply the superheated fluid to produce fresh water even in a situation where it is difficult to form a superheated fluid by using solar heat, for example, when the amount of sunshine such as nighttime or rainy season is insufficient.

태양열 축열부(100)는 고온수 탱크(130)와 담수 생산부를 연결하는 유로에 마련되어 상기 과열 유체의 순환을 조절하는 모터 구동 밸브(140)와, 가압 펌프(110)보다 높게 마련되어 위치 수두 원리로 가압 펌프(110)에 유입되는 유체의 도입 압력을 상승시키는 가압 설비(150)를 더 포함할 수 있다.The solar heat storage unit 100 includes a motor drive valve 140 provided in a flow path connecting the high temperature water tank 130 and the fresh water production unit to regulate the circulation of the superheated fluid, And a pressurization facility 150 for increasing the introduction pressure of the fluid introduced into the pressurization pump 110.

가압 설비(150)는 유체가 저장될 수 있는 가압 탱크(151)와, 고온수 탱크(130)와 가압 설비(150)를 연결하는 유로에 마련되어 유체가 고온수 탱크(130)로 역류하는 것을 방지하는 체크 밸브(152)를 포함할 수 있다.The pressurization facility 150 is provided in a flow passage connecting the high temperature water tank 130 and the pressurization facility 150 to prevent the fluid from flowing back to the hot water tank 130. [ (Not shown).

가압 설비(150)는 가압 탱크(151) 내의 유체가 빠져나갈 경우 형성될 수 있는 진공 상태를 막기 위한 진공 브레이커(미도시)를 더 포함할 수 있다.The pressurization facility 150 may further include a vacuum breaker (not shown) for preventing a vacuum state that may be formed when the fluid in the pressurization tank 151 escapes.

위치 수두란 유체가 지닌 포텐셜 에너지, 즉 위치 에너지를 말한다. 즉, 본 실시예에서 가압 탱크(151)를 가압 펌프(110)보다 높게 배치함으로써 가압 탱크(151) 내에 저장된 유체가 높이에 따른 위치 에너지를 가지게 되고, 이러한 저장 유체의 위치 에너지를 통해 가압 펌프(110)로 유입되는 유체의 도입 압력이 상승하는 것을 위치 수두 원리라 할 수 있다.The position head refers to the potential energy of the fluid, that is, the position energy. That is, in this embodiment, the pressure tank 151 is disposed higher than the pressure pump 110, so that the fluid stored in the pressurizing tank 151 has a potential energy according to the height, and through the potential energy of the storage fluid, 110) of the fluid can be referred to as a position head head.

가압 설비의 설치 높이에 따라 위치 수두에 의한 가압 효과는 달라질 수 있으므로, 시스템의 규모와 위치 수두에 의한 가압 효과를 고려하여 가압 탱크(151)의 설치 높이와 설비 규모를 선택할 수 있다. The pressurizing effect due to the position head may vary depending on the installation height of the pressurization facility. Therefore, the installation height and the facility scale of the pressurization tank 151 can be selected in consideration of the system size and the pressurizing effect due to the position head.

본 발명의 태양열 축열부를 통해 형성되는 고온수의 온도는, 일 예로 도입된 유체가 물인 경우 임계점은 225.56 kgf/㎠, 374.15℃이므로, 이론상 100℃를 초과하여 최고 370℃까지가 될 수 있다. The temperature of the hot water formed through the solar heat storage unit of the present invention is, for example, 225.56 kgf / cm 2 and 374.15 캜 when the introduced fluid is water, so that the theoretical temperature may exceed 100 캜 and up to 370 캜.

바람직하게는 해수와의 열교환을 위해서는 고온수는 최소한 110℃ 이상이라고 가정하면, 110℃에서 증기의 포화압력은 1.465 kgf/cm2 정도이며, 이것을 수두로 나타내면 14.65m 정도이다. 이러한 값에서 대기압에서의 수두 값인 10.33m를 빼면, 약 4.32 m 정도이므로, 바람직한 가압설비 내부 유체의 상부의 위치는 4m 이상으로 계산된다.Preferably, for heat exchange with seawater, assuming at least 110 ° C of hot water, the saturation pressure of the vapor at 110 ° C is 1.465 kgf / cm 2 And it is about 14.65m when it is represented by the water head. This value subtracts the head value at 10.33 m at atmospheric pressure, which is about 4.32 m, so that the position of the upper part of the fluid in the pressurization facility is calculated to be 4 m or more.

유체 상부 위치의 최대치는, 임계점 부근인 370℃에서의 포화증기압이 214.69 kgf/cm2으로, 이것을 수두로 나타내면 2146.9 m이다. 현실적으로 가압 설비를 2 ㎞높이에 설치하는 것은 어렵다고 판단되며, 선박 등 해상 설비의 높이를 최대 30~110 m 정도로 가정하고, 수두를 약 100 m로 가정하여, 포화증기압을 10 kgf/cm2로 하면, 이때의 포화온도는 약 180℃ 정도로 해수 증발에 충분한 열원으로 사용할 수 있다.The maximum value of the upper position of the fluid is 214.69 kgf / cm 2 at 370 ° C near the critical point, which is 2146.9 m at the head. In reality, it is difficult to install the pressurization equipment at a height of 2 km. Assuming that the height of a marine facility such as a ship is 30 to 110 m, and assuming that the head is about 100 m and the saturated vapor pressure is 10 kgf / cm 2 , And the saturation temperature at this time is about 180 ° C, which can be used as a sufficient heat source for seawater evaporation.

그러나, 이런 높이를 갖추기 어렵다면, 가압 펌프(110)의 토출압을 높이거나 가압 탱크(151) 내부의 압력을 높임으로써 위치 수두에 따른 가압 효과를 보완할 수 있다. However, if it is difficult to achieve such a height, the pressurizing effect according to the position head can be compensated by increasing the discharge pressure of the pressurizing pump 110 or increasing the pressure inside the pressurizing tank 151.

결론적으로, 이론상 가압설비의 위치는 펌프 흡입측 높이(지면으로부터 약 50cm) ~ 2.1㎞ 이지만, 바람직하게는 가압설비 내부의 고온수의 상부 위치는 4m ~ 100m 정도가 되도록 설계할 수 있을 것이다.In conclusion, the position of the pressurization facility in theory may be designed to be about 4m to 100m above the suction side of the pump (about 50cm from the ground) to 2.1km, but preferably the upper position of the hot water inside the pressurization facility.

가압 탱크(151)는 위치 수두를 가지도록 유체와 공기, 유체와 증기, 유체와 가압용 기체로 채워질 수 있다.The pressurizing tank 151 may be filled with fluid, air, fluid and steam, fluid, and pressurizing gas so as to have a position head.

가압용 기체는 질소, 헬륨 등과 같은 불활성 내지 비폭발성 기체로 이루어질 수 있다.The pressurizing gas may be an inert or non-explosive gas such as nitrogen, helium, or the like.

가압 탱크(151)는 위치 수두로 가압 펌프(110)에 유입되는 유체의 도입 압력을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 유체가 펌프로 유입되면서 유로 내에서 맥동 현상(surging)이 발생하더라도 이를 일정부분 흡수함으로써 배관이나 펌프를 비롯한 장치의 손상을 방지할 수 있다.The pressurizing tank 151 not only can increase the introduction pressure of the fluid introduced into the pressurizing pump 110 by the position head, but also absorbs a certain portion of the fluid when the fluid is introduced into the pump and surging occurs in the flow path It is possible to prevent damages to the piping, the pump, and other devices.

여기서 맥동 현상이란, 펌프가 운전중에 한숨을 쉬는 것과 같은 상태가 되어 흡입과 토출의 진공계, 압력계의 지침이 흔들리는 동시에 토출 유량이 변화하는 현상, 즉 송출 유량과 송출압력 사이에 주기적인 변동이 일어나는 현상이다. 맥동 현상은 펌프의 특성, 회전체의 관성모멘트, 회전체의 저항, 관로 내의 양액의 관성 등이 조합됐을 때 자동 진동을 일으키는 현상이며, 이로 인해 펌프의 운전이 원활하지 않게 될 뿐 아니라 운전 불능이 발생하는 경우도 있다.Here, the pulsation phenomenon is a phenomenon in which the pump is in a state in which it sighs during operation, and the discharge flow rate changes while the instructions of the suction and discharge vacuum and pressure gauges shake, that is, to be. The pulsation phenomenon is a phenomenon that causes automatic vibration when the characteristics of the pump, the moment of inertia of the rotating body, the resistance of the rotating body, and the inertia of the nutrient solution in the pipeline are combined. This causes the pump not to operate smoothly, In some cases.

본 실시예는 이러한 맥동 현상을 일정 부분 흡수할 수 있어, 시스템 손상을 방지할 수 있다.The present embodiment can absorb such a pulsating phenomenon to a certain extent, thereby preventing damage to the system.

또한 본 실시예는 가압 설비를 채택함으로써 펌프의 공동현상 발생을 방지할 수 있다.In addition, the present embodiment can prevent cavitation of the pump by adopting the pressurization facility.

공동현상이란 유체 속에서 압력이 낮은 곳이 생기면 유체 속에 포함되어 있는 기체가 유체에서 빠져나와 압력이 낮은 곳에 모이는데, 이로 인해 유체가 없는 빈 공간이 생긴 것을 가리킨다. Cavitation means that when there is a low pressure in a fluid, the gas contained in the fluid escapes from the fluid and collects at a low pressure point, thereby creating an empty space without fluid.

이러한 공동현상을 차단하기 위해서는 펌프에서 유체의 흡입 수두는 유효 흡입 수두보다 작은 값으로만 해야 하는데, 가압 설비는 펌프의 유효 흡입 수두를 높임으로써 공동현상 발생을 억제할 수 있다. In order to prevent such cavitation, the suction head of the fluid in the pump must be smaller than the effective suction head. The pressurization system can suppress the cavitation by increasing the effective suction head of the pump.

또한 압력이 증기압보다 낮아지면 액체가 기화하거나 또는 녹아 있던 공기 등이 기포로 되기 때문에 공동이 발생하는데, 가압 설비는 포화 증기압을 높이는 작용도 하므로 이에 의해서도 공동 현상 발생을 억제하게 된다. In addition, when the pressure is lower than the vapor pressure, the liquid is vaporized or the air that has been melted becomes air bubbles, so that cavitation occurs. Since the pressurizing device also acts to increase the saturated vapor pressure, this also suppresses cavitation.

한편으로 본 실시예는 가압 설비를 도입함으로써 위치 수두에 의한 가압 효과를 가짐으로써 가압 펌프(110)의 용량 및 가동을 줄일 수 있으므로, 가압 펌프(110) 설치 및 가동에 따른 전력 소비를 감소시킬 수 있다.
On the other hand, the present embodiment can reduce the capacity and the operation of the pressurizing pump 110 by having the pressure effect by the position head by introducing the pressurizing facility, so that the power consumption due to the installation and operation of the pressurizing pump 110 can be reduced have.

발전 및 담수 생산부(200)는 공급받은 해수와 과열 유체와의 열교환으로 수증기가 형성되는 증발 탱크(210)와, 증발 탱크(210)로부터 수증기를 공급받아 전력을 생산하는 터빈 발전기(220)와, 터빈 발전기(220)에서 배출되는 수증기를 냉각시켜 담수가 생성되는 복수기(230)를 포함할 수 있다.The power generation and desalination production unit 200 includes an evaporation tank 210 in which water vapor is formed by heat exchange between the supplied seawater and the superheated fluid, a turbine generator 220 for generating electricity by receiving steam from the evaporation tank 210, And a condenser 230 for cooling water vapor discharged from the turbine generator 220 to generate fresh water.

위치 수두와 펌핑으로 가압하여 태양열로 가열시킨 과열 유체는 전술한 바와 같이 상당한 고온 상태이므로, 이와 열교환으로 생성되는 수증기는 충분한 증기압을 지니게 된다. 따라서 수증기의 증기압이 낮은 종래의 담수화 장치와는 달리, 충분한 증기압을 지닌 수증기로 터빈 발전기(220)를 통해 전력을 생산하는 것이 가능하다. 형성된 수증기의 증기압은, 과열 유체의 온도 및 유속, 증발 탱크(210)에 공급된 해수의 양 등의 요인에 따라 달라질 수 있으므로, 이들 요인을 조절하여 터빈 발전기(220) 구동을 위한 증기압을 지닌 수증기를 형성시킬 수 있다.Since the superheated fluid heated by the solar heating by pressurizing by the position head and the pumping is in a considerably high temperature state as described above, the steam generated by the heat exchange with the superheated fluid has a sufficient vapor pressure. Thus, unlike conventional desalination plants, where the vapor pressure of water vapor is low, it is possible to produce power through turbine generator 220 with steam with sufficient vapor pressure. The vapor pressure of the formed water vapor may vary depending on such factors as the temperature and flow rate of the superheating fluid, the amount of seawater supplied to the evaporation tank 210, and the like. Therefore, the vapor pressure of the water vapor having the vapor pressure for driving the turbine generator 220 Can be formed.

발전 및 담수 생산부(200)는 증발 탱크(210)의 내부에 설치되어, 해수와 열교환작용할 수 있도록 과열 유체가 순환하여 흐르는 코일형 파이프(240)를 더 포함할 수 있다.The power generation and desalination production unit 200 may further include a coil-shaped pipe 240 disposed inside the evaporation tank 210 and through which the superheated fluid circulates to allow heat exchange with seawater.

증발 탱크(210)에서는 과열 유체가 코일형 파이프(240) 내를 순환하여 흐르면서 해수와 열교환을 통해 증발되어 증기가 형성되고, 형성된 증기는 증발 탱크(210) 상부에서 유로를 따라 터빈 발전기(220)로 공급되어 터빈 발전기(220)를 구동시키며 전력이 생산된다. 터빈 발전기(220)를 구동시키고 난 후 수증기는 응축 탱크로 유입되어, 응축 탱크에서 냉각 응축되면서 담수를 생성한다. In the evaporation tank 210, the superheated fluid circulates through the coil-shaped pipe 240 and evaporates through heat exchange with seawater to form a steam. The formed steam flows along the flow path from the top of the evaporation tank 210 to the turbine generator 220, And drives the turbine generator 220 to generate electric power. After driving the turbine generator 220, steam enters the condensation tank and is cooled and condensed in the condensation tank to produce fresh water.

발전 및 담수 생산부(200)는 증발 탱크(210) 내의 해수 염도를 감지하는 염도 센서(250)와, 해수가 설정된 농도 이상이 되면 증발 탱크(210) 외부로 배출시키는 배출 펌프(미도시)를 더 포함할 수 있다. The power generation and desalination production unit 200 further includes a salinity sensor 250 for sensing the salinity of the seawater in the evaporation tank 210 and a drain pump (not shown) for discharging the seawater to the outside of the evaporation tank 210 .

과열 유체와 열교환으로 증기가 생성되면서, 도입된 해수의 염도는 점점 높아지다가 결국 소금이 형성되게 된다. 이러한 소금 결정은 설비의 작동 이상을 초래할 수 있으므로, 적절히 제거되거나 사전에 소금 결정의 형성을 차단해야 한다. 따라서 본 실시예는 염도 센서(250)를 통해 증발 탱크(210) 내 해수 염도를 감지하여, 일정한 농도 이상이 되면 농축된 염수를 탱크 외부로 배출시켜 이러한 문제를 해결한다.As the steam is generated by the heat exchange with the superheated fluid, the salinity of the introduced seawater gradually increases and eventually the salt is formed. These salt crystals may cause malfunctioning of the equipment, so they must be properly removed or prevented from forming salt crystals in advance. Therefore, the present embodiment detects the salinity of the seawater in the evaporation tank 210 through the salinity sensor 250, and discharges the concentrated saline to the outside of the tank when the concentration exceeds a certain level.

발전 및 담수 생산부(200)는 복수기(230)에서 생성된 담수가 저장되는 담수 탱크(260)와, 복수기(230) 내부에 설치되어 해수가 순환하여 흐르는 냉각용 파이프(270)를 더 포함하되, 복수기(230)에서 냉각용 파이프(270)를 흐르며 수증기와 열교환작용으로 가열된 해수가 증발 탱크(210)에 공급될 수 있다.The power generation and desalination production unit 200 further includes a fresh water tank 260 in which fresh water generated in the condenser 230 is stored and a cooling pipe 270 installed in the condenser 230 to circulate the seawater, The condensed water 230 can be supplied to the evaporation tank 210 through the cooling pipe 270 and heated by heat exchange with water vapor.

응축 탱크에 마련된 냉각용 파이프(270)를 냉각용 해수가 순환하여 흐르면서, 응축 탱크 내로 도입된 수증기와 열교환으로 냉각 응축시켜 담수를 생산하게 되고, 이러한 열교환으로 가열된 냉각용 해수는 증발 탱크(210)에 공급되어 담수 생산을 위한 해수로 사용된다. 냉각수로 사용된 해수는 열교환을 통해 30℃ 내외로 가열되므로 이를 증발 탱크(210)에 공급하면 효과적으로 수증기를 형성시킬 수 있어, 보다 효율적인 시스템 운영이 가능하다.Cooling seawater circulates through the cooling pipe 270 provided in the condensing tank and is cooled and condensed by heat exchange with water vapor introduced into the condensing tank to produce fresh water. The cooling seawater heated by the heat exchange is supplied to the evaporation tank 210 ) And used as seawater for freshwater production. Since the seawater used as the cooling water is heated to about 30 ° C through heat exchange, it is possible to effectively generate water vapor by supplying it to the evaporation tank 210, thereby enabling more efficient system operation.

유체는 물 및 해수를 포함하는 군에서 선택될 수 있다.The fluid may be selected from the group comprising water and seawater.

해수 등 몰랄 농도가 높은 유체를 선택한다면 이에 의한 끓는점 오름 효과 또한 있으므로, 보다 효과적으로 과열유체를 형성시킬 수 있을 것이다.
If a fluid having a high molybdenum concentration such as seawater is selected, the boiling point of the fluid is increased, so that a superheated fluid can be formed more effectively.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 선박을 포함한 해상 설비에서 해수를 이용하여 발전하고 담수화하는 방법에 있어서,According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of generating and desalinating water using seawater in a marine facility including a ship,

1) 유체를 가압시키고 태양열로 가열하여 과열 유체를 형성하는 단계;1) pressurizing the fluid and heating it with solar heat to form a superheated fluid;

2) 해수를 과열 유체와의 열교환작용에 의해 증발시켜 수증기를 생성하는 단계;2) evaporating seawater by heat exchange with the superheating fluid to generate steam;

3) 수증기를 터빈에 공급하여 전력을 생산하는 단계; 및3) supplying water vapor to the turbine to produce electric power; And

4) 수증기를 응축시켜 담수를 생산하는 단계를 포함하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 방법이 제공된다.4) a method of producing solar water for desalination and desalination for a marine facility, comprising the step of condensing water vapor to produce fresh water.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 방법은, 해수를 이용하는 발전 및 담수화 방법에 있어서, 태양열로 유체를 가열시켜 과열 유체를 형성하여 저장하고, 태양열을 이용할 수 없는 경우에 해수를 과열 유체와 열교환시켜 형성된 증기로 발전한 후 배출된 증기를 응축시킴으로써 담수를 생산하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, a seawater solar power generation and desalination method for marine facilities is a method for generating and desalinating seawater by heating a fluid with solar heat to form and store a superheated fluid, The seawater is heat-exchanged with the superheated fluid to generate steam, and then the discharged steam is condensed to produce fresh water.

과열 유체는 위치 수두 원리 및 펌핑으로 유체에 가압함으로써 끓는점을 상승시켜 형성될 수 있다.
The superheated fluid can be formed by increasing the boiling point by pressing the fluid with the position head principle and pumping.

본 실시예는 가압 및 태양열을 이용한 가열로 형성된 과열 유체를 해수 증발에 이용하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템을 제공함으로써, 화석 연료나 원자력을 이용하지 않는 친환경적이고 안전한 전력 생산이 가능하며, 발전소의 스팀을 활용하는 종래 해수 담수화 장치의 온실 가스 발생이나 핵 폐기물 발생과 같은 환경 오염 문제와 설비 안전성 문제를 해결할 수 있다.This embodiment provides an environmentally friendly and safe electric power generation system that does not use fossil fuel or nuclear power by providing a seawater solar power generation and desalination system for a marine facility that utilizes superheated fluid formed by heating using pressurized and solar heat for seawater evaporation, It is possible to solve environmental pollution problems such as greenhouse gas generation and nuclear waste generation and facility safety problems of conventional seawater desalination apparatus utilizing steam of steam.

또한 태양열을 이용하므로 추가적인 연료나 에너지 사용 비용이 발생하지 않아 경제적이다. In addition, since it uses solar heat, there is no additional fuel or energy use cost, which is economical.

태양열을 이용해 형성된 과열 유체를 저장해두었다가 일조량이 부족한 장마철이나 겨울에도 해수 발전 및 담수화에 사용할 수 있음으로써 계절이나 일조량 변화에 무관하게 안정적으로 전력 및 담수를 생산할 수 있다.By storing the superheated fluid using solar heat, it can be used for seawater power generation and desalination in the rainy season or in the winter when the amount of sunshine is insufficient, so that power and fresh water can be produced stably regardless of the season or the amount of sunshine.

또한, 본 발명은 선박을 포함한 해상 설비에 이러한 발전 및 담수화 시스템을 구비함으로써 시스템에 필요한 해수의 취수가 용이하고, 이동하면서 도서 지역 또는 천재지변, 재난으로 일시적으로 전력 및 담수 공급이 필요한 지역들에 시의적절하게 전력 및 담수를 공급할 수 있게 된다.
In addition, the present invention has such a power generation and desalination system in a maritime equipments including a ship, thereby making it easy to take in necessary seawater to the system, It is possible to supply power and fresh water in a timely manner.

이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

100: 태양열 축열부
110: 가압 펌프
120: 태양열 가열기
130: 고온수 탱크
140: 모터 구동 밸브
150: 가압 설비
151: 가압 탱크
152: 체크 밸브
200: 발전 및 담수 생산부
210: 증발 탱크
220: 터빈 발전기
230: 복수기
240: 코일형 파이프
250: 염도 센서
260: 담수 탱크
270: 냉각용 파이프
100: Solar heat storage part
110: pressure pump
120: solar heater
130: High temperature water tank
140: motor drive valve
150: Pressurization equipment
151: Pressurizing tank
152: Check valve
200: Power and freshwater production
210: Evaporation tank
220: Turbine generator
230:
240: coil type pipe
250: Salinity sensor
260: fresh water tank
270: cooling pipe

Claims (13)

선박을 포함한 해상 설비에서의 해수를 이용한 발전 및 담수화 설비에 있어서,
유체를 가압시켜 태양열로 가열하여 과열 유체를 형성시키는 태양열 축열부; 및
해수를 상기 과열 유체와 열교환하여 생성된 수증기로 전력을 생산하고, 배출된 증기를 응축시켜 담수를 생산하는 발전 및 담수 생산부를 포함하고,
상기 태양열 축열부는,
공급되는 유체의 압력을 상승시키는 가압 펌프;
상기 가압 펌프에 연결되며 태양열을 흡수하여 상기 유체를 가열하여 상기 과열 유체를 형성시키는 태양열 가열기; 및
상기 태양열 가열기에서 형성된 상기 과열 유체를 저장하는 고온수 탱크를 포함하며,
상기 발전 및 담수 생산부는,
공급받은 상기 해수와 상기 과열 유체와의 열교환으로 수증기가 형성되는 증발 탱크;
상기 증발 탱크로부터 상기 수증기를 공급받아 전력을 생산하는 터빈 발전기; 및
상기 터빈 발전기에서 배출되는 상기 수증기를 냉각시켜 담수가 생성되는 복수기를 포함하되,
상기 수증기는 태양열에 의한 해수의 직접적인 증발이 아닌, 상기 증발탱크 내부에 설치된 코일형 파이프를 통하여 순환하는 상기 과열 유체와 상기 해수와의 열교환 작용에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템.
For power generation and desalination plants using sea water in marine facilities including ships,
A solar heat storage unit that pressurizes the fluid to form a superheated fluid by heating it with solar heat; And
A power generating and fresh water producing unit for generating electric power from steam generated by heat exchange of seawater with the superheated fluid, and condensing the discharged steam to produce fresh water,
The solar heat-
A pressurizing pump for increasing the pressure of the supplied fluid;
A solar heater connected to the pressurizing pump and absorbing solar heat to form the superheated fluid by heating the fluid; And
And a high temperature water tank for storing the superheated fluid formed in the solar heaters,
The power generation and desalination production unit includes:
An evaporation tank in which water vapor is formed by heat exchange between the supplied seawater and the superheating fluid;
A turbine generator that receives the steam from the evaporation tank and generates electric power; And
And a condenser for cooling the steam discharged from the turbine generator to generate fresh water,
Wherein the water vapor is generated not by direct evaporation of seawater by solar heat but by heat exchange action between the superheated fluid circulated through a coiled pipe installed in the evaporation tank and the seawater. And a desalination system.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 태양열 축열부는
상기 고온수 탱크와 상기 담수 생산부를 연결하는 유로에 마련되어 상기 과열 유체의 순환을 조절하는 모터구동밸브; 및
상기 가압 펌프보다 높게 마련되어 위치 수두 원리로 상기 가압 펌프에 유입되는 상기 유체의 도입 압력을 상승시키는 가압 설비를 더 포함하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템.
[2] The solar battery module according to claim 1,
A motor drive valve provided in a flow path connecting the high temperature water tank and the fresh water production unit to regulate the circulation of the superheated fluid; And
Further comprising a pressurization facility provided above the pressurization pump to raise the introduction pressure of the fluid introduced into the pressurization pump on the principle of the position head.
제 3항에 있어서, 상기 가압 설비는
상기 유체가 저장될 수 있는 가압 탱크; 및
상기 고온수 탱크와 상기 가압 설비를 연결하는 유로에 마련되어 상기 유체가 상기 고온수 탱크로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브를 포함하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템.
4. The apparatus of claim 3, wherein the pressurization facility
A pressurized tank through which the fluid can be stored; And
And a check valve provided in a flow path connecting the high temperature water tank and the pressurization facility to prevent the fluid from flowing back to the high temperature water tank.
제 4항에 있어서, 상기 가압 설비는
상기 가압 설비 용기 내의 유체가 빠져나갈 경우 형성될 수 있는 진공 상태를 막기 위한 진공 브레이커를 더 포함하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템.
The apparatus of claim 4, wherein the pressurization facility
Further comprising a vacuum breaker for blocking a vacuum condition that may be formed when fluid in the pressurization facility vessel escapes.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 발전 및 담수 생산부는
상기 증발 탱크 내의 상기 해수 염도를 감지하는 염도 센서; 및
상기 해수가 설정된 농도 이상이 되면 증발 탱크 외부로 배출시키는 배출 펌프를 더 포함하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템.
The power generating and freshwater producing system according to claim 1,
A salinity sensor for sensing the salinity of the seawater in the evaporation tank; And
And a discharge pump for discharging the seawater to the outside of the evaporation tank when the seawater reaches a predetermined concentration or more.
제 1항에 있어서, 상기 발전 및 담수 생산부는
상기 복수기에서 생성된 담수가 저장되는 담수 탱크; 및
상기 복수기 내부에 설치되어 상기 해수가 순환하여 흐르는 냉각용 파이프를 더 포함하되, 상기 복수기에서 상기 냉각용 파이프를 흐르며 상기 수증기와 열교환작용으로 가열된 상기 해수가 상기 증발 탱크에 공급되는 것을 특징으로 하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템.
The power generating and freshwater producing system according to claim 1,
A fresh water tank in which fresh water generated in the condenser is stored; And
And a cooling pipe installed inside the condenser for circulating the seawater. The seawater heated by heat exchange with the steam flowing through the cooling pipe in the condenser is supplied to the evaporation tank Seawater solar power generation and desalination system for marine facilities.
제 1항에 있어서,
상기 유체는 물 및 해수를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the fluid is selected from the group comprising water and seawater.
선박을 포함한 해상 설비에서 해수를 이용하여 발전하고 담수화하는 방법에 있어서,
1) 가압 펌프를 이용하여 유체를 가압시키고 태양열 가열기를 이용하여 상기 유체를 가열하여 과열 유체를 형성하는 단계;
2) 해수를 증발탱크 내부에 설치된 코일형 파이프를 순환하는 상기 과열 유체와의 열교환작용에 의해 증발시켜 수증기를 생성하는 단계;
3) 상기 수증기를 터빈발전기에 공급하여 전력을 생산하는 단계; 및
4) 상기 터빈발전기에서 배출되는 상기 수증기를 복수기에서 응축시켜 담수를 생산하는 단계를 포함하며,
상기 수증기는 태양열에 의한 해수의 직접적인 증발이 아닌, 상기 증발탱크 내부에 설치된 코일형 파이프를 통하여 순환하는 상기 과열 유체와 상기 해수와의 열교환 작용에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 방법.
In the method of generating and desalinating sea water using marine equipments including marine vessels,
1) pressurizing the fluid using a pressurizing pump and heating the fluid using a solar heater to form a superheated fluid;
2) generating seawater by evaporating seawater by heat exchange action with the superheated fluid circulating through the coil-shaped pipe installed in the evaporation tank;
3) supplying the water vapor to the turbine generator to produce electric power; And
4) condensing the water vapor discharged from the turbine generator in a condenser to produce fresh water,
Wherein the water vapor is generated not by direct evaporation of seawater by solar heat but by heat exchange action between the superheated fluid circulated through a coiled pipe installed in the evaporation tank and the seawater. And a desalination method.
제 11항에 있어서,
상기 가압 펌프와 상기 태양열 가열기를 이용하여 형성된 상기 과열 유체는 고온수 탱크에 저장되며,
일조량이 충분치 않아 태양열을 이용할 수 없는 경우, 상기 고온수 탱크에 저장된 상기 과열유체를 상기 증발탱크 내부의 상기 코일형 파이프에 공급하고, 해수를 상기 과열 유체와 열교환시켜 형성된 수증기로 발전한 후, 배출된 상기 수증기를 응축시킴으로써 담수를 생산하는 것을 특징으로 하는 해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 방법.
12. The method of claim 11,
The superheating fluid formed using the pressurizing pump and the solar heaters is stored in a hot water tank,
The superheated fluid stored in the high temperature water tank is supplied to the coiled pipe in the evaporation tank and heat generated by heat exchange with seawater is exchanged with the superheated fluid, Wherein the water vapor is condensed to produce fresh water.
삭제delete
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