KR101906576B1

KR101906576B1 - 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치

Info

Publication number: KR101906576B1
Application number: KR1020180032547A
Authority: KR
Inventors: 박승민; 신명섭
Original assignee: 한국산업기술시험원
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2018-10-11

Abstract

본 기술은 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치에 관한 것이다. 본 기술의 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치는, 워터재킷, 라디에이터, 워터펌프, 이들을 연결하는 순환라인, 상기 워터펌프에 의해 상기 순환라인을 따라 순환하는 냉각수 및 상기 워터재킷에 의해 냉각되는 엔진(14)을 포함하는 발전부; 상기 발전부와 원수라인을 통하여 연결되며, 상기 원수라인을 통해 상기 냉각수를 공급받아 담수화 처리하는 담수화부; 및 상기 발전부와 해수라인을 통하여 연결되며, 인근 해수지역으로부터 해수를 상기 순환라인으로 유입시키는 해수 공급부;를 포함한다.

Description

엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치{APPARATUS FOR PRODUCTING FRESH WATER USING WASTE HEAT OF ENGINE}

본 발명은 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 엔진 폐열을 이용하여 막증류 공정으로 담수를 생산하는 담수생산 장치에 관한 것이다.

기존의 디젤 발전기는 발전시 엔진에서 발생하는 열을 냉각수를 사용하여 엔진의 파괴 및 변형을 제어한다.

즉, 수랭식으로서, 엔진을 통과하면서 가열된 냉각수는 냉각팬을 이용하여 열이 방열되고 다시 엔진으로 순환되는 일반적인 형태의 수랭식 냉각 시스템을 갖고 있다.

이때, 엔진 폐열로 약 30~40%의 열량이 소비되고 있는데, 디젤 발전기 운전시 발생하는 열을 회수하여 재사용하는 기술개발이 요청된다. 폐열은 에너지 및 경제적 측면에서 매우 중요한 자원에 해당한다.

한편, 막증발법은 소수성 막을 이용하여 기체 상태의 수증기만을 투과시키는 막분리 공정이다. 물의 유입측과 유출측 사이에 온도 차이를 두고 이에 의해 발생되는 증기압 차이를 수증기가 통과하는데 필요한 구동력으로 사용한다.

막증발법은 기존의 역삼투공정에서와 같은 높은 압력을 필요로 하지 않고, 기존의 증발법에서와 같은 고온의 동작온도가 필요하지 않아 컴팩트한 설계가 가능한 장점을 갖는다.

이에, 막증발법은 그 다양한 응용분야 적용되고 있고, 그 중 담수화 분야에서 많은 연구가 활발히 진행되고 있다.

이와 같이 막증발법은 낮은 에너지로 담수화가 가능하기에, 상술한 디젤 발전기에서와 같은 폐열을 확보하는 경우, 시너지 효과가 기대된다.

즉, 디젤 발전기에서 버려지는 폐열을 활용하여 비상시 담수 또는 생활용수로 사용할 수 있는 비상급수 시스템에 최적으로 적용될 수 있는 방식이 막증발법이라 할 수 있다.

그러나, 기존의 비상급수 시스템들에서는 막증발법에 디젤 발전기의 폐열을 직접 활용할 수 있는 구조를 찾기는 어렵다.

활용한다고 하더라도, 담수화를 위한 별도의 가열장치를 필요로 하는데에 그쳤고, 따라서, 기존의 비상급수 시스템들은 규모(스케일) 측면에서 불리하여 필요한 장소로 이동 및 설치하기가 매우 불편하였다.

또한, 발전기가 설치되는 위치의 특성상(도서지역, 재난지역 등) 담수화를 위한 원수를 확보하기가 쉽지 않고, 원수의 수질도 일정하게 유지하기 어려워 발전기와 비상급수 시스템을 서로 접목하기에는 많은 문제점들이 존재한다.

본 발명의 발명자는 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 오랫동안 연구하고 시행착오를 거친 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 실시예는 엔진 폐열을 이용하여 막증발 공정으로 담수를 생산하는 담수생산 장치를 제공한다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치는 워터재킷, 라디에이터, 워터펌프, 이들을 연결하는 순환라인, 상기 워터펌프에 의해 상기 순환라인을 따라 순환하는 냉각수 및 상기 워터재킷에 의해 냉각되는 엔진(14)을 포함하는 발전부; 상기 발전부와 원수라인을 통하여 연결되며, 상기 원수라인을 통해 상기 냉각수를 공급받아 담수화 처리하는 담수화부; 및 상기 발전부와 해수라인을 통하여 연결되며, 인근 해수지역으로부터 해수를 상기 순환라인으로 유입시키는 해수 공급부;를 포함할 수 있다.

상기 원수라인에는, 상기 순환라인으로부터 상기 담수화부로 배출되는 냉각수의 배출량을 조절하는 배출량 조절부, 및 상기 담수화부로부터 상기 순환라인으로 유입되는 냉각수의 유입량을 측정하는 유량 측정부가 마련되고, 상기 해수라인에는, 상기 해수 공급부로부터 상기 순환라인으로 유입되는 냉각수의 유입량을 조절하는 유입량 조절부가 마련되며, 상기 배출량 조절부, 유량 측정부 및 유입랑 조절부와 연결되어 측정값들을 수신하고 그에 따라 이들을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 워터재킷으로부터 배출된 냉각수의 온도가 제1 온도 이상인 경우-상기 제1 온도는 상기 담수화부에서 막증발 공정을 수행하기 위한 원수의 온도에 상응함-, 상기 배출량 조절부를 조절하여 상기 순환라인으로부터 상기 담수화부로 제1 유량만큼 상기 냉각수가 배출되도록 하고, 상기 유량 측정부에 의해 측정된 측정값에 기초하여, 담수로 변환된 유량을 산출하며, 상기 유입량 조절부를 조절하여 상기 해수 공급부로부터 상기 순환라인으로 상기 담수로 변환된 유량만큼 상기 해수가 유입되도록 할 수 있다.

상기 순환라인 내 총 냉각수량은 일정 수준을 유지할 수 있다.

상기 발전부는 상기 라디에이터로 송풍하는 냉각팬을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 해수 유입시 상기 냉각팬을 제어하여 상기 라디에이터로의 송풍량을 줄일 수 있다.

상기 제어부는 상기 워터재킷으로부터 배출된 냉각수의 온도가 제2 온도 이상인 경우-상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높고, 상기 엔진의 냉각을 위해 기설정된 온도에 상응함-, 상기 배출량 조절부를 조절하여 상기 순환라인으로부터 상기 담수화부로의 냉각수 배출 유량을 증가시킬 수 있다.

상기 배출량 조절부 및 유입량 조절부의 조절에 따라, 상기 엔진의 온도는 일정 수준을 유지할 수 있다.

상기 해수 공급부는 상기 발전부로부터 전력을 공급받아 동작할 수 있다.

본 기술은 엔진 폐열을 활용하여 에너지 친화적이고 경제적이며, 담수화를 위한 별도의 가열장치가 불필요하므로, 컴팩트화(소규모화) 할 수 있는 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치의 상세한 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치의 원수라인, 해수라인 및 순환라인간 연결관계를 보다 상세하게 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 담수생산 장치의 원수라인, 해수라인 및 순환라인간 연결관계를 보다 상세하게 도시하는 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 표현된 것이며, 실제 물리적 두께에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치(1)의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.

그리고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치(1)의 상세한 구성을 도시하는 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 폐열을이용한 담수생산 장치(1)(이하, 설명의 편의를 위해, '담수생산 장치'라 함)는 디젤 발전기와 같은 발전부(10)와 이에 연결되어 담수를 생산하는 담수화부(20)를 포함한다.

발전부(10)는 수랭 방식의 엔진을 갖는데, 도면에 도시된 바와 같이, 엔진을 순환하는 냉각수의 표면적을 넓혀주는 라디에이터(12), 라디에이터에 직접 송풍하여 냉각수의 열을 식히는 냉각팬(15), 엔진에 의해 발생된 동력을 전기로 변환하는 발전기(16) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

발전부의 냉각수로 해수(SW)가 적용된다. 즉, 해수(SW)가 엔진 내부의 냉각수로 활용된다. 따라서, 해수에 내부식성이 우수한 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 재질이 엔진 소재로 적용될 수 있다.

담수화부(20)는 엔진을 순환하면서 고온상태가 된 냉각수를 원수(OW)로 활용하여 담수(FW)로 직접 변환한다.

이를 위해, 담수생산 장치(1)는 해수지역 인근에 설치될 수 있다. 일례로, 발전부(10)와 담수화부(20)는 베이스부(B)상에 놓여지고, 베이스상에 배치된 발전부와 담수화부 전체가 하나의 모듈로서 해수지역 인근에 설치될 수 있다.

도 1에 도시되지는 않았으나, 담수생산 장치는 해수지역으로부터 해수를 끌어올려 발전부(10)로 제공하는 해수 공급부(30, 도 2 참조)를 더 포함한다. 해수 공급부는 펌프일 수 있다.

해수 공급부도 베이스부상에 설치되어 발전부 및 담수화부와 하나의 모듈을 형성할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 별도의 해수 이송라인이 마련되고, 이를 통해 해수 공급부는 담수생산 장치로부터 이격된 위치에 설치될 수도 있다. 별도로 마련된 해수 이송라인이 해수 공급부와 발전부 사이를 연결하는 리드선과 같은 역할을 수행할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 담수생산 장치(1)는 해수지역 인근에 설치되어 해수를 직접 엔진 냉각수로 활용하며, 동시에 엔진을 순환하면서 고온 상태가 된 냉각수를 원수로 활용하여 담수로 변환한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 담수생산 장치(1)는 발전기가 필요한 장소(도서지역, 재난지역 등 집중형 인프라가 구축되지 않은 지역)에 적용되어 전기뿐만 아니라 담수도 함께 동시에 생산이 가능한 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 담수화를 위해 별도의 가열장치를 필요로 하지 않으며, 냉각수를 원수로 활용함으로써 엔진의 폐열을 재활용한다.

이하 도 2 내지 도 4를 참조하여 냉각수인 해수가 디젤 발전기로 유입되고 엔진을 순환하며, 고온의 냉각수가 담수화를 위해 활용되는 구성을 보다 상세하게 살펴본다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치(1)는 발전부(10), 담수화부(20), 해수 공급부(30) 및 제어부(40)를 포함한다.

먼저, 발전부(10)는 냉각수가 적용되는 다양한 형식의 엔진일 수 있다. 일례로, 디젤 엔진, 가솔린 엔진, 또는 하이브리드 엔진일 수 있다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해, 디젤 엔진인 것으로 가정하나, 이에 한정되지 않는다.

발전부(10)는 워터재킷(11), 라디에이터(12), 워터펌프(13), 이들을 연결하는 순환라인(Lc), 워터펌프에 의해 순환라인을 따라 순환하는 냉각수, 및 워터재킷(11)을 흐르는 냉각수에 의해 냉각되는 엔진(14)을 포함한다.

발전부의 기본적인 동작 방식은, 엔진(14)이 작동되기 시작하면, 워터펌프(13)가 구동되고, 워터펌프가 구동하면서 순환라인(Lc)을 따라 냉각수가 순환되도록 하며, 순환을 마치고 고온상태로 된 냉각수는 라디에이터(12)로 들어가 재냉각과정을 거친 후, 다시 워터펌프(13)에 의해 워터재킷(11)으로 들어가 엔진(14)을 냉각시키는 방식이다.

담수화부(20)는 발전부(10)와 원수라인(L1)을 통하여 연결되며, 원수라인(L1)을 통해 발전부(10)로부터 냉각수를 공급받아 담수화 처리한다.

본 발명의 실시예에 따른 담수화부(20)는 막증류법(또는 막증발법)(Membrane Distillation, MD)을 사용하여 냉각수인 해수를 담수화 할 수 있다.

담수화에 적용되는 막증류법에는, 직접접촉 막증류법(DCMD, direct contact membrane distillation), 공기층 막증류법(AGMD, air-gap membrane distillation), 진공 막증류법(VMD, vacuum membrane distillation), 포집가스 막증류법(SGMD, sweep gas membrane distillation), 삼투 막증류법(OMD, osmotic membrane distillation) 등 다양한 방식이 존재한다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해, 직접접촉 막증류법인 경우를 중심으로 설명하나, 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 실시예에 따른 담수화부(20)는 고온의 원수를 유입받는 증발부(22), 저온의 담수가 유입되는 응축부(24), 고온의 원수와 저온의 담수를 구획하는 멤브레인(23) 및 담수를 저정하는 담수 저장부(25)를 포함할 수 있다. 또한, 담수화부(20)는 고온의 원수를 유입받아 미리 저장하는 유입수조(21)를 더 포함할 수 있고, 이 경우 증발부(22)는 유입수조(21)로부터 원수를 유입받을 수 있다.

담수화부로 유입된 고온의 원수는 증발부(22)를 통해 발전부(10)로 회수되는 순환 구조를 가질 수 있다. 담수 저장부(25)로부터 유입된 저온의 담수는 응축부(24)를 통해 다시 담수 저장부(25)로 회수되는 순환 구조를 가질 수 있다. 그리고, 멤브레인(23)은 직접 접촉형 막증류 반응을 통하여 증발부(22)를 순환하는 고온의 원수가 멤브레인의 막 표면과 접촉되도록 하여 담수로 변환할 수 있다. 멤브레인(23)에 의해 구획되어 순환되는, 증발부(22)상의 고온의 원수와 응축부(24)상의 저온의 담수 사이의 증기압 차를 구동력으로 담수화가 이루어진다.

이를 위해, 멤브레인(23)은 수증기가 통과 가능한 소수성 고분자 분리막으로 이루어질 수 있으며, 멤브레인은 증발부(22)에 유입된 고온의 원수에 존재하는 수증기가 멤브레인(23)에 형성된 다수의 기공을 통과하여 증축부(24)를 순환하는 저온의 담수에 유입되도록 할 수 있다.

해수 공급부(30)는 발전부(10)와 해수라인(L2)을 통하여 연결되며, 인근 해수지역으로부터 해수(SW)를 끌어올려 발전부(10)로 유입시킨다. 발전부의 순환라인으로 유입시킬 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 해수 공급부(30)는 해수를 발전부로 공급하기 위해, 발전부와 멀리 떨어져 바닷물에 가까운 곳에 설치될 수 있고, 이 경우 별도의 해수 이송라인(미도시)을 통해 발전부와 연결되어 해수를 발전부로 공급할 수 있다. 물론, 담수생산 장치가 해수지역에 바로 인접하여 설치되면, 해수 공급부도 베이스부상에 설치될 수 있다.

또한 후술하는 바와 같이, 해수 공급부(30)는 발전부로부터 전력을 제공받으며, 이를 위해, 별도의 전력 공급라인(Lp)을 통해 발전부와 연결될 수 있다.

한편, 엔진은 그 자체의 안정적인 가동을 위한 가동온도가 필요하다. 그리고, 막증류 방식의 담수화 공정 또한 그 자체의 담수화 과정을 위한 원수온도가 필요하다. 이를 고려하여 본 발명의 실시예에 따른 제어부(40)가 발전부로부터/발전부로의 냉각수(또는 해수)(또는 원수)의 유입 및 배출에 관여한다.

제어부의 제어에 따라, 발전부의 냉각수의 온도가 일정 범위 내로 유지될 수 있고, 발전부의 냉각수의 총 수량(총 냉각수량)도 일정 범위 내로 유지될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(40)는 후술하는 바와 같이, 담수생산 장치의 라인들(원수라인, 해수라인, 순환라인)에 마련되는 측정부들로부터 측정값들을 수신하고 각종 조절부들을 제어한다. 측정부들과 조절부들은, 온도 측정부(S1), 배출량 조절부(V1), 유량 측정부(S2), 유입량 조절부(V2)를 포함한다.

보다 상세하게, 순환라인(Lc)에는, 엔진으로부터 배출되는 냉각수의 온도를 측정하는 온도 측정부(S1)가 마련된다.

원수라인(L1)에는, 순환라인(Lc)으로부터 담수화부(20)로 배출되는 냉각수의 배출량을 조절하는 배출량 조절부(V1), 및 담수화부(20)로부터 순환라인(Lc)으로 유입되는 냉각수의 유입량을 측정하는 유량 측정부(S2)가 마련된다.

해수라인(L2)에는, 해수 공급부(30)로부터 순환라인(Lc)으로 유입되는 냉각수의 유입량을 조절하는 유입량 조절부(V2)가 마련된다.

그리고, 제어부(40)는 이러한 조절부와 측정부들과 연결되어, 온도 측정부(S1) 및 유량 측정부(S2)에 의한 측정값들을 수신하고, 배출량 조절부(V1) 및 유입량 조절부(V2)를 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 온도 측정부(S1)는 바이메탈 온도계, 열전 온도계, 적외선 온도계, 수은 온도계 등 일 수 있다.

배출량 조절부(V1)와 유입량 조절부(V2)는 예를 들어, 게이트 밸브, 글로브 밸브, 체크 밸브, 감압 밸브 등과 같은 밸브일 수 있다.

유량 측정부(S2)는 예를 들어, 차압식 유량계, 면전식 유량계, 용적식 유량계, 터빈 유량계, 전자 유량계 등과 같은 유량계일 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치의 원수라인, 해수라인 및 순환라인간 연결관계를 보다 상세하게 도시하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 순환라인(LcH) 중 워터재킷과 워터펌프 사이의 순환라인에서 워터재킷의 출력단을 담당하는 위치에 온도 측정부(S1)가 마련될 수 있다. 따라서, 워터재킷으로부터 배출되는 냉각수의 온도가 측정될 수 있다.

순환라인(LcH)은 순환라인(Lc) 중에서 상대적으로 고온의 냉각수가 흐르는 라인에 해당한다. 반면, 순환라인(LcL)은 상대적으로 저온의 냉각수가 흐르는 라인에 해당한다.

워터재킷으로부터 배출되는 냉각수의 온도는 고온의 순환라인(LcH)에 존재하는 냉각수 중에서도 더욱 높은 부분에 해당하므로, 워터재킷의 출력단에 배치되는 온도 측정부(S1)를 통해 온도를 센싱하는 것은, 일정 온도 기준을 만족하는 경우 해당 냉각수를 워터펌프를 통해 바로 담수화를 위한 원수로 유입시킬 수 있다는 점에서 유리하다.

다른 예로, 온도 측정부는 순환라인 중 워터펌프 내에 위치될 수도 있으며, 이때 온도 측정부는 워터펌프 내에서 워터재킷으로부터 배출되는 냉각수를 수용하는 부분에 마련됨으로써, 워터재킷으로부터 배출되는 냉각수의 온도를 측정할 수 있다.

계속하여, 도 3을 참조하면, 원수라인(L1)에서 증발부의 입력단을 담당하는 원수라인(L1H)에 배출량 조절부(V1)가 마련될 수 있다. 따라서, 순환라인으로부터 원수라인을 통해 담수화부로 배출되는 냉각수의 배출량이 조절될 수 있다.

원수라인(L1H)은 원수라인(L1) 중에서 상대적으로 고온의 원수가 흐르는 라인에 해당한다.

배출량은 유량과 유속을 제어함으로써 조절될 수 있다.

원수라인(L1)에서 증발부의 출력단을 담당하는 원수라인(L1L)에 유량 측정부(S2)가 마련될 수 있다. 따라서, 담수화부로부터 원수라인을 통해 순환라인으로 회수되는 냉각수의 유입량이 측정될 수 있다.

원수라인(L1L)은 원수라인(L1) 중에서 상대적으로 저온의 원수가 흐르는 라인에 해당한다.

증발부를 거쳐 순환라인으로 회수되는 냉각수의 유량 정보는 순환라인에 존재해야 할 냉각수량과 관련하여 냉각수량 손실 정보를 갖고 있으므로, 후술하는 바와 같이, 순환라인으로 유입될 해수의 양을 결정하는 데에 활용된다.

해수라인(L2)에서 해수 공급부의 출력단에 유입량 조절부(V2)가 마련될 수 있다. 따라서, 해수 공급부로부터 해수라인을 통하여 순환라인으로 유입되는 해수의 유입량이 조절될 수 있다. 유입량은 유량과 유속을 제어함으로써 조절될 수 있다.

다른 예로, 유입량 조절부는 해수 공급부 내에 위치될 수도 있으며, 이 경우 해수 공급부는 유입량 조절부의 기능을 함께 수행하는 것으로 볼 수 있다.

한편, 상기에서는 원수라인(L1L)이 저온의 순환라인(LCL)으로 연결되는 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 원수라인(L1L)은 고온의 순환라인(LcH)으로 바로 연결될 수도 있다.

도 4를 참조하면, 고온의 원수라인(L1H)과 저온의 원수라인(L1L)이 모두 고온의 순환라인(LcH)으로 연결된다. 이에 순환라인(LcH)으로부터 배출되어 증발부(22)를 순환한 냉각수는 다시 순환라인(LcH)으로 회수되게 된다.

이 경우에도 고온의 원수가 담수화부를 순환 및 순환라인으로 회수될 수 있다는 점에서 도 3의 실시예와 동일한 효과를 가질 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따라, 제어부가 상술한 측정부들로부터 측정값들을 수신하고 조절부들을 제어하는 동작을 보다 상세하게 살펴본다.

<제1 실시예>

담수화에 필요한 온도를 기준 온도로 정의한다. 예를 들어, 기준 온도는 40~80℃일 수 있으며, 바람직하게는 70~80℃일 수 있다. 높을수록 효율이 증가하는 바, 본 발명에서는 기준 온도를 80℃인 것으로 가정한다.

제어부(40)는 냉각수의 온도가 기준 온도를 만족하는지를 판단하고, 판단 결과, 만족하는 경우, 발전부로부터 담수화부로 냉각수가 배출되도록 한다. 즉, 발전부의 냉각수 순환라인(Lc)으로부터 발전부와 담수화부를 연결하는 원수라인(L1)으로 냉각수가 배출되도록 한다.

보다 상세하게, 제어부(40)는 워터재킷(11)으로부터 배출되는 냉각수의 온도가 기준 온도를 만족하는지를 판단한다. 이를 위해, 제어부는 온도 측정부(S1)와 연결되어 그 측정값들을 수신한다.

제어부(40)는 판단 결과, 기준 온도를 만족하는 경우, 배출량 조절부(V1)를 조절하여 순환라인(LcH)으로부터 담수화부(20)로 냉각수가 일정 유량만큼 배출되도록 한다. 이를 위해, 제어부는 배출량 조절부(V1)와 연결되어 배출되는 유량과 유속을 제어할 수 있다.

이때, 배출된 냉각수(즉, 고온의 원수)는 상술한 바와 같이, 증발부(22)로 유입되고 증발부를 순환하여 다시 원수라인(L1L)을 거쳐 순환라인(Lc)으로 회수될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 회수는 저온의 순환라인(LcL)으로 회수될 수 있고, 또는 고온의 순환라인(LcH)으로도 회수될 수 있다.

상기 배출되는 일정 유량은 순환라인(Lc)을 흐르는 총 냉각수량의 일부분에 해당할 수 있다. 일례로, 총 냉각수량이 10L인 경우, 상기 배출되는 일정 유량은 1L/min일 수 있다.

계속하여, 제어부(40)는 증발부를 순환하고 회수되는 냉각수의 유량을 확인하고, 이로부터 손실된 냉각수 유량을 산출하여 해당 손실 유량이 해수 공급부로부터 유입되도록 한다.

구체적으로, 제어부(40)는 원수라인(L1)으로부터 순환라인(Lc)으로 회수되는 냉각수의 유입량을 확인한다. 이를 위해, 제어부는 유량 측정부(S2)와 연결되어 그 측정값들을 수신한다.

그리고, 제어부(40)는 냉각수의 회수량에 관한 정보로부터 담수화 과정에서 손실된 유량 정보를 산출한다. 제어부는 앞서 배출량 조절부(V1)를 조절하면서 순환라인으로부터 원수라인으로 배출된 냉각수의 배출량에 관한 정보를 갖고 있으므로, 상기 배출량과 상기 회수량에 기초하여 냉각수 손실량을 산출할 수 있다.

냉각수 손실량은 담수화된 원수량에 해당한다. 즉, 해수로부터 변환된 담수의 양에 해당한다. 일례로, 담수화부로 공급된 유량이 1L/min이고, 순환라인으로 회수된 유량이 0.8L/min인 경우, 손실량은 0.2L/min 일 수 있다.

이어서, 제어부(40)는 총 냉각수량이 보존되도록, 즉, 냉각수 손실량이 보전되도록, 유입량 조절부(V2)를 제어하여 해수를 유입시킨다.

구체적으로, 제어부는 유입량 조절부(V2)를 조절하여 해수 공급부(30)로부터 순환라인(Lc)으로 상술한 냉각수 손실량에 해당하는 해수가 유입되도록 한다. 이를 위해, 제어부는 유입량 조절부(V2)와 연결되어 유입되는 해수의 유량과 유속을 제어할 수 있다. 일례로, 손실 냉각수량이 0.2L/min인 경우, 이에 상응하여 해수 공급부로부터의 유입량이 0.2L/min이 되도록 제어한다.

이로써, 순환라인(Lc) 내 총 냉각수량은 일정 수준을 유지할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 순환라인(Lc) 내 총 냉각수량을 측정하는 유량 측정부(S3)가 더 포함될 수 있다. 유량 측정부(S3)는 도 2에 도시된 바와 같이, 순환라인(Lc) 중 순환라인(LcL)에서 워터펌프(13)의 입력단에 배치될 수 있다. 유량 측정부(S3)는 제어부(40)와 연결되어 측정값들을 제어부로 제공할 수 있다.

이러한 유량 측정부(S3)는, 담수화를 위한 배출/회수 및 손실량 보전을 위한 해수의 유입의 모든 냉각수량 변동을 반영한 이후의 냉각수에 대해 그 유량을 측정하고 제어부로 제공함으로써, 순환라인(Lc) 내 총 냉각수량이 일정 수준을 유지하는 데에 더욱 기여할 수 있다. 예를 들어, 순환라인 내 총 냉각수량이 일정 수준을 밑도는 경우 유입량 조절부(V2)를 조절하여 신규 해수 유입이 더욱 많이 이루어지도록 하고, 일정 수준을 넘어서는 경우 유입량 조절부를 조절하여 신규 해수 유입이 보다 적게 이루어지도록 함으로써, 담수화를 위한 배출/회수 및 손실량 보전을 위한 해수의 유입 과정에서 발생할 수 있는 오차를 보정할 수 있다.

유량 측정부(S3)는 예를 들어, 차압식 유량계, 면전식 유량계, 용적식 유량계, 터빈 유량계, 전자 유량계 등과 같은 유량계일 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 제어부(40)는 냉각팬(15)과 더욱 연결되어 그 동작을 제어할 수 있다.

고온의 냉각수가 원수로써 담수화부로 배출/회수되면 막증발법에 의한 담수화가 이루어지는 특성상 냉각수의 온도 하강이 수반된다. 또한 상술한 바와 같이, 냉각수가 담수화부로 배출될 시에는 담수화에 의한 의한 냉각수 손실량만큼 저온의 해수가 신규로 유입되고, 이에 따라 더욱 냉각수의 온도 하강이 수반된다.

이에, 제어부는 배출량 조절부(V1)를 제어할 때(즉, 냉각수가 담수화부로 배출될 시)에는 냉각팬(15)을 함께 제어하여 라디에이터로의 송풍량을 줄일 수 있다. 따라서, 엔진의 안정적인 가동을 위한 엔진 가동온도 범위를 확보할 수 있도록 한다. 즉, 냉각수의 온도가 급격히 낮아져 엔진이 냉간 상태로 돌입하는 것을 예방할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(40)는 온도 측정부(S1), 배출량 조절부(V1), 유량 측정부(S2), 유입량 조절부(V2), 및 유량 측정부(S3)와 연결되어 순환라인으로부터/순환라인으로의 냉각수의 유입/배출에 관여하고, 나아가, 냉각팬(15)과 연결되어 송풍량 조절을 통한 냉각 수준에 관여함으로써, 엔진의 안정적인 가동을 위한 가동온도를 확보함과 동시에 담수화를 위한 원수온도를 확보한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 발전부(10)로부터 고원의 온도를 유입받아 미리 저장하는 유입수조(21)를 더 포함할 수 있고, 이 경우, 발전부(10)로부터 배출된 냉각수(즉, 고온의 원수)는 유입수조(21)를 거쳐 증발부(22)로 유입될 수 있다. 마찬가지로 회수시에도, 증발부를 순환한 냉각수는 유입수조를 거쳐 발전부로 회수될 수 있다.

이때, 유입수조(21)는 자신에 저장된 고온의 원수의 온도를 조절하는 구성을 더욱 포함할 수 있다. 일례로, 자신에 저장된 고온의 원수의 온도를 낮추는 냉각부(미도시)를 포함할 수 있다. 따라서, 발전부로부터 고온의 원수가 지속적으로 유입 및 저장되더라도, 자체적으로 구비된 냉각부를 이용하여, 증발부로 공급할 원수의 온도를 일정 범위 내로 제한할 수 있다. 예를 들어, 120℃를 초과하는 경우에는 냉각부(미도시)를 가동하여 저장된 원수의 온도를 120℃ 이내로 제한할 수 있다. 이러한 냉각부의 가동은 유입수조에 구비된 온도센서(미도시)를 통하여 자체적으로 수행될 수도 있지만, 유입수조(21)가 제어부(40)와 연동되는 경우에는 제어부에 의해서도 수행될 수 있다.

나아가, 유입수조에 저장된 원수의 온도가 높을수록 그 압력도 증가하게 되므로, 유입수조(21)는 밀폐형 압력수조로 제작될 수 있다. 또한, 유입수조에는 압력계(미도시)가 더욱 구비될 수 있고, 상술한 온도센서(미도시)에 의해 측정된 온도가 기설정된 범위를 초과하는 경우뿐만 아니라, 이러한 압력계(미도시)에 의해 측정된 압력이 기설정된 범위를 초과하는 경우에도 상술한 냉각부(미도시)를 이용하여 원수의 온도를 일정 범위 내로 떨어뜨림으로써, 온도와 압력을 변수로 하여 담수화부 전체의 온도발란스를 맞추는 역할을 수행할 수 있다. 마찬가지로 이러한 역할은 유입수조에 구비된 압력계(미도시)를 통하여 자체적으로 수행될 수도 있지만, 유입수조(21)가 제어부(40)와 연동되는 경우에는 제어부에 의해서도 수행될 수 있다.

상술한 유입수조(21)를 통하면, 발전부(10)의 가동이 정지된 이후라도 일정 시간동안(즉, 유입수조에 저장된 원수의 온도가 담수화를 위한 온도범위를 유지하는 시간동안)은 담수화부(20)에 의한 담수화 처리가 가능하다. 예를 들어, 유입수조에 저장된 원수만을 이용하여 증발부로 순환시키면서 담수화 처리되도록 할 수 있다. 이 경우, 유입수조(21)는 증발부(22)로 원수를 공급 및 회수하기 위한 펌프(미도시)를 더 포함할 수 있고, 펌프(미도시)는 제어부(40)와 연동되어 구동될 수 있다. 또한, 유입수조에 저장된 원수의 온도는 상술한 온도센서(미도시)에 의해 체크됨으로써 담수화를 위한 온도범위를 유지할 때까지만 담수화 처리가 수행되도록 할 수 있다.

<제2 실시예>

제어부(40)는 온도 측정부(S1)에 의해 측정된 냉각수의 온도가 기준 온도 미만인 경우에는 담수화부로 배출되는 냉각수가 없도록 제한한다. 또한 발전부로 유입되는 해수가 없도록 제한한다. 즉, 냉각수가 순환라인(Lc)만을 순환하도록 한다. 또한, 냉각팬의 송풍량을 줄일 수도 있다.

온도 측정부(S1)에 의해 측정된 냉각수의 온도가 기준 온도 미만인 경우는 통상적으로 엔진 가동 초기 상태일 수 있다. 또는 저온의 해수가 발전부로 대량 유입되거나, 담수화를 위한 냉각수의 배출량이 많은 상태일 수 있다.

기준 온도 미만, 예를 들어, 워터재킷과 워터펌프 사이의 순환라인에서 워터재킷의 출력단을 담당하는 순환라인을 흐르는 냉각수의 온도가 80℃ 미만에 해당하면, 담수화를 위한 효율이 낮아지고, 엔진 가동을 위한 효율(즉, 발전 효율)도 낮아지므로, 제어부는 담수화 과정 없이 발전부만 동작되도록 하고, 필요한 경우에는 냉각팬의 송풍량을 함께 조절하여 해당 냉각수의 온도가 기준 온도 밑으로 떨어지는 상황이 발생하지 않도록 제어할 수 있다.

<제3 실시예>

제어부(40)는 온도 측정부(S1)에 의해 측정된 냉각수의 온도가 기준 온도보다 크게 높은 것으로 판단되는 경우, 예를 들어, 120℃를 초과하는 경우에는, 담수화부로의 냉각수 배출 유량을 증가시킬 수 있다.

순환라인(LcH)으로부터 원수라인(L1H)으로 배출되는 유량이 많을수록 막증발 공정을 통한 열손실 또한 증가하므로, 이러한 과정을 통해 냉각수의 온도를 일정 범위 내로 제한할 수 있다. 또한, 원수라인으로 배출되는 유량이 많을수록 해수라인으로 유입되는 해수의 유입량 또한 증가하므로 냉각수의 온도를 일정 범위 내로 제한하기 더욱 유리하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 발전부의 냉각수로서 해수가 적용되도록 함으로써, 에너지와 담수를 동시에 생산할 수 있는 이점을 갖는다. 디젤 발전기는 자가발전(도서지역)과 비상발전(재난지역)으로 사용하며, 이와 같이 집중형 인프라가 구축되어 있지 않은 곳에 설치됨으로써, 디젤 발전기를 통해 에너지를 생산함과 동시에 디젤 발전기에 냉각수로 적용된 해수가 담수화의 원수로 바로 적용되어 물도 생산할 수 있다.

또한, 막증류법을 이용한 방식 등 담수화 과정에서는 많은 열손실이 수반되는데, 이때 필요한 열을 발전기의 폐열을 직접 활용함으로써, 친환경적이고, 담수화 장치에 별도의 가열장치를 필요로 하지 않음으로써 소규모화 가능한 장점을 갖는다. 따라서, 집중형 인프라가 구축되어 있지 않은 곳에 설치되는 본 발명의 담수생산 장치를 보다 용이하게 이동 및 설치할 수 있는 장점을 갖는다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치
10 : 발전부
11 : 워터재킷
12 : 라디에이터
13 : 워터펌프
14 : 엔진
15 : 냉각팬
20 : 담수화부
21 : 증발부
22 : 멤브레인
23 : 응축부
24 : 담수 저장부
30 : 해수 공급부
Lc : 순환라인
L1 : 원수라인
L2 : 해수라인

Claims

워터재킷, 라디에이터, 워터펌프, 이들을 연결하는 순환라인, 상기 워터펌프에 의해 상기 순환라인을 따라 순환하는 냉각수 및 상기 워터재킷에 의해 냉각되는 엔진을 포함하는 발전부;
상기 발전부와 원수라인을 통하여 연결되며, 상기 원수라인을 통해 상기 냉각수를 공급받아 상기 냉각수를 원수로 활용하여 담수로 직접 변환함으로써 담수화 처리하는 담수화부; 및
상기 발전부와 해수라인을 통하여 연결되며, 인근 해수지역으로부터 해수를 상기 순환라인으로 유입시키는 해수 공급부;를 포함하되,
상기 순환라인으로부터 상기 담수화부로 배출되어 담수로 변환된 유량만큼의 해수가 상기 해수 공급부로부터 상기 순환라인으로 유입되어, 상기 순환라인 내 총 냉각수량은 일정 수준을 유지하는, 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치.
제1항에 있어서,
상기 원수라인에는, 상기 순환라인으로부터 상기 담수화부로 배출되는 냉각수의 배출량을 조절하는 배출량 조절부, 및 상기 담수화부로부터 상기 순환라인으로 유입되는 냉각수의 유입량을 측정하는 유량 측정부가 마련되고,
상기 해수라인에는, 상기 해수 공급부로부터 상기 순환라인으로 유입되는 냉각수의 유입량을 조절하는 유입량 조절부가 마련되며,
상기 배출량 조절부, 유량 측정부 및 유입량 조절부와 연결되어 측정값들을 수신하고 그에 따라 이들을 제어하는 제어부를 더 포함하는, 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 워터재킷으로부터 배출된 냉각수의 온도가 제1 온도 이상인 경우-상기 제1 온도는 상기 담수화부에서 막증발 공정을 수행하기 위한 원수의 온도에 상응함-,
상기 배출량 조절부를 조절하여 상기 순환라인으로부터 상기 담수화부로 제1 유량만큼 상기 냉각수가 배출되도록 하고,
상기 유량 측정부에 의해 측정된 측정값에 기초하여, 담수로 변환된 유량을 산출하며,
상기 유입량 조절부를 조절하여 상기 해수 공급부로부터 상기 순환라인으로 상기 담수로 변환된 유량만큼 상기 해수가 유입되도록 하는, 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치.
삭제
제3항에 있어서,
상기 발전부는 상기 라디에이터로 송풍하는 냉각팬을 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 해수 유입시 상기 냉각팬을 제어하여 상기 라디에이터로의 송풍량을 줄이는, 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 워터재킷으로부터 배출된 냉각수의 온도가 제2 온도 이상인 경우-상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높고, 상기 엔진의 냉각을 위해 기설정된 온도에 상응함-,
상기 배출량 조절부를 조절하여 상기 순환라인으로부터 상기 담수화부로의 냉각수 배출 유량을 증가시키는, 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치.
제6항에 있어서,
상기 배출량 조절부 및 유입량 조절부의 조절에 따라, 상기 엔진의 온도는 일정 수준을 유지하는, 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치.
제1항에 있어서,
상기 해수 공급부는 상기 발전부로부터 전력을 공급받아 동작하는, 엔진 폐열을 이용한 담수생산 장치.