KR101975452B1 - 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양생물이 발전 플랜트 열교환기에 부착되지 않도록 발전 플랜트 연돌로부터 포집한 이산화탄소를 해수에 용존키도록 하는 냉각수용 해수 가공시스템에 관한 것으로, 이산화탄소와 해수를 유입하여 해수에 이산화탄소를 다단으로 용존시키도록 구성되는 용해장치를 포함하여 온실가스의 원인물질인 이산화탄소를 해수 pH 조절제 및 해양생물의 마취제로 사용하기 때문에 친환경적이면서도 경제적이면서 취수구 등에 해양생물의 부착율을 현저히 감소시킬 수 있어 발전 플랜트의 열교환기 배관 등의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 또한 본 발명은 해수가공시 다단의 용존작용을 거치도록 함으로써 용존율을 높일 수 있는 것은 물론 미반응 이산화탄소의 누설에 의한 환경적인 문제를 제어할 수 있는 장점이 있는 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템에 관한 것이다.

Description

연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템{Cooling water treatment system using carbon dioxide generated from stones}

본 발명은 해양생물이 발전 플랜트 열교환기에 부착되지 않도록 발전 플랜트 연돌로부터 포집한 이산화탄소를 해수에 용존키도록 하는 냉각수용 해수 가공시스템에 관한 것이다.

발전 플랜트에 있어서 열교환기의 성능은 연료와 이산화탄소가스(CO2) 배출량의 삭감을 가능하게 하는 효과적인 수단이다. 통상적으로 냉각수로서 해수를 많이 사용하고 있으나, 해양생물(따개비류, 홍합류 등)이 열교환기의 배관 외부 등에 부착하여 성능이 저하되므로 해양생물에 의한 오염과 부착 방지 대책이 필요하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 살균력이 강한 염소계 살균제를 주입하여 해수 취수구의 해양생물이 부착하지 못하도록 하는 기술이 일반적으로 널리 적용되고 있다. 그러나 이러한 염소계 살균제는 지역에 따라서는 적용할 수 없는 발전소가 있고, 특히 잔류 염소가 너무 많으면 유익한 해양생물마저도 사멸할 수 있을뿐만 아니라 잔류 염소가 너무 적으면 해양생물이 발전소 내 냉각수 냉각기에 부착하는 등 잔류 염소의 농도 조절이 매우 어려워 부착 생물에 의한 피해를 완벽하게 예방할 수 없다는 문제점을 여전히 내포하고 있다.

한편, 지구 온난화의 주된 원인인 온실효과는 이산화탄소, 수증기, 메탄, 프레온 가스, 오존 등이 주요 원인 물질로 알려져 있으며, 이 중 온실효과에 가장 큰 영향을 미치는 것은 석탄, 석유와 같은 화석연료가 연소되면서 발생하는 이산화탄소이다.

이산화탄소 배출을 규제하기 위한 탄소배출권, 대량의 CO2가 대기로 배출되기 전에 고농도로 모은 후 압축 수송해 저장하는 기술인 CCS(Carbon Capture and Storage)관련 기술이 전세계적으로 주목받고 있는 이유도 여기에 있다.

이러한 발전소의 주요 피해대상인 해수 중 생물의 부착이나 설비 표면에 피막을 형성하는 슬라임을 억제하고, 갈수록 문제가 되는 이산화탄소 문제를 함께 해소하기 위한 종래 기술인 일본특허공보 제5295819호에는 해수유로에서 취수한 해수를 혼합부에 도입 감압하고, 감압된 해수에 가스유로로부터 도입한 이산화탄소 가스를 해수와의 체적혼합비(이산화탄소가스/해수) 0.1 ∼ 4/100 만큼 주입함으로써 해수 중에 직경 10 ∼ 수십 μm인 이산화탄소가스의 마이크로버블을 발생시키고, 이 마이크로버블에서 이산화탄소가스를 해수에 용해시켜 해수의 pH를 6.4 ∼ 8.1의 범위내로 조절하면서 상기 pH 범위 내에서 해양생물의 부착 방지가 가능한 해양생물 부착 방지 방법 및 장치가 개시되어 있다.

상기 선행문헌에 의하면, 배기가스인 이산화탄소를 유효하게 이용할 수 있을 뿐만 아니라 주입한 이산화탄소가 해양 생물의 부착방지에 효과적인 pH 범위로 조절하여 해양생물의 부착을 방지할 수 있는 효과가 있는 것을 확인할 수 있다.

그러나 상기 종래의 기술에서는 해수유로에서 취수한 해수를 혼합부에 도입 감압하고, 감압된 해수에 가스유로로부터 도입한 이산화탄소를 공급하는 마이크로버블 발생장치를 사용하고 있는데 이러한 장치만으로 도입된 이산화탄소의 충분한 용존을 기대할 수 없는 문제가 있으며, 이에 해수의 pH를 적정범위로 조절하기 위해서는 과량의 이산화탄소를 주입해야 하고, 이러한 과정에서 용존되지 않은 이산화탄소가 대기 중으로 방출되므로 또 다른 문제점을 야기시킬 수 있다.

일본특허공보 제5295819호 일본공개특허공보 제2012-193554호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해양생물의 부착방지에 사용하고 있는 기존 염소계 살균제의 사용없이 또는 소량의 사용과 함께 지구 온난화의 원인물질인 이산화탄소를 해수 pH 조절제로 사용함으로써, 염소계 살균제에 의한 생태계 파괴를 저감하면서도 포집된 이산화탄소를 활용하여 열교환기의 냉각수로 사용되는 가공된 해수를 제공함으로써 해양생물부착 억제를 도모하는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템은 이산화탄소와 해수를 유입하여 해수에 이산화탄소를 다단으로 용존시키도록 구성되는 용해장치를 포함하여 구성되는 것이 특징이다.

일례로써, 상기 용해장치 후단에는 기포수발생장치가 구성되는 것을 특징으로 한다.

일례로써, 상기 용해장치는 일측에 해수유입라인이 형성되는 가공조; 상기 가공조 내부에 구성되며 이산화탄소와 상기 가공조의 해수가 유입되어 유입된 해수에 이산화탄소가 용존되도록 하는 용존부;가 형성되며 상기 용존부 상부에는 상기 용존부로부터 배출되는 미반응 이산화탄소가 포집되는 포집부;가 형성된 제 1용해장치; 및 일측에 상기 가공조의 해수가 유입되는 해수라인과 상기 포집부의 미반응 이산화탄소가 유입되는 미반응 이산화탄소라인이 형성되며 미반응 이산화탄소를 해수에 용존시키는 제 2용해장치;를 포함하여 구성되는 것이 특징이다.

이때, 상기 용존부는 상기 이산화탄소 포집기로부터 공급된 이산화탄소가 배출되는 복수의 돌출노즐이 형성된 산기관과, 하면이 개구된 수용하우징과 상기 수용하우징 상면에 토출관이 형성된 용존구가 각각 상,하로 이격을 형성하면서 상기 산기관과 상기 포집부 사이에 적층되되 최하부의 용존구의 수용하우징은 상기 돌출노즐에 대향하도록 배치되고 하부 용존구의 토출관이 상부 용존구의 수용하우징과 대향하도록 배치되며 최상부의 용존구의 토출관은 상기 포집부와 연통하는 것이 특징이다.

또한, 상기 토출관은 하단부에 이격을 형성하여 체결공간이 형성되도록 하는 돌출테두리가 한쌍으로 구성되며, 상기 수용하우징은 상면에 상기 토출관과 연통하는 관통공이 형성되되 상기 관통공은 상기 체결공간에 위치하며 상기 토출관의 외경보다 크게 구성되어 상기 수용하우징은 편심이 작용하면서 체결공간에서 상,하로 슬라이드 되도록 구성되는 것이 특징이다.

아울러, 상기 돌출테두리 중 하부에 위치하는 돌출테두리에는 돌출테두리 끝단과 연하면서 하면이 개구되며 상기 수용하우징의 내경보다 작은 외경을 가지고 내,외부가 연통하도록 복수의 유동홀이 형성된 내부하우징이 형성되는 것이 특징이다.

한편, 상기 제 2용해장치는 상기 탱크본체로부터 상기 해수라인을 통해 해수가 유입되는 탱크본체; 상기 탱크본체로부터의 해수가 상기 탱크본체로 강제 순환되게 하는 해수 순환라인; 상기 해수 순환라인에 연결되어 상기 해수 순환라인을 따라 순환 중인 해수의 유입압에 따라 이산화탄소가 상기 탱크본체로 선택적으로 유입되게 하는 이산화탄소 유입라인; 및 상기 탱크본체 내부의 순환라인을 통해 다시 탱크본체로 유입되는 해수의 유입량을 조절하기 위한 유량조절수단;을 포함하는 것이 특징이다.

이때, 상기 유량조절수단은 상부의 직경이 하부의 직경보다 작은 원추 형상의 유량조절구를 포함하고, 해수가 순환되어 탱크본체에 다시 유입되는 순환라인 부분은 순차적으로 수렴부분과 확장부분을 가지며, 상기 순환라인의 수렴부분에 상기 유량조절구의 인입 또는 인출에 의해 해수의 유입량이 조절되게 구성되는 것이 특징이다.

또한, 상기 이산화탄소 유입라인에는 유입되는 이산화탄소의 압력을 육안으로 확인할 수 있는 압력표시구가 장착되되, 상기 압력표시구는 타단이 폐쇄되어 있는 "U"자형 관 형태이며, 상기 "U"자형 관의 내부에는 유체가 들어있어 상기 이산화탄소 유입라인을 통과하는 이산화탄소 유입라인을 통과하는 이산화탄소의 압력에 따른 유체의 이동량에 따라 이산화탄소의 유입량이 결정되는 것이 특징이다.

아울러, 상기 해수 순환라인에는 상기 탱크본체의 내부에 해수 유입관, 가압순환펌프, 압력싸이클론, 조절밸브 및 헤더가 순차적으로 구성되어 있는 것이 특징이다.

그리고, 해수가 순환되어 탱크본체에 다시 유입되는 해수 순환라인 부분의 수렴부분에서 확장되는 확장부분에 상기 이산화탄소 유입라인이 연결되는 것이 특징이다.

또한, 상기 유량조절수단은 상기 해수 순환라인의 수렴부분을 통해 재유입되는 해수의 양을 조절함으로써 상기 이산화탄소 유입라인을 통해 유입되는 이산화탄소의 양을 조절하는 것이 특징이다.

일례로, 상기 유량조절수단의 유량조절구는 상기 탱크본체에 대하여 승하강 조절되게 구성되어 있는 승하강 조절구에 의한 승하강에 따라 작동되는 것이 특징이다.

한편, 상기 제 2용해장치는 탱크본체와, 상기 탱크본체 내부에 형성되며 혼합해수유입라인으로부터 혼합해수가 유입되는 호리병 형상의 액포생성용기와, 상기 탱크본체 일측에 구비되어 상기 액포생성용기로부터 월류되는 용존해수를 외부로 배출하는 용존해수배출라인이 포함되는 것이 특징이다.

본 발명은 온실가스의 원인물질인 이산화탄소를 해수 pH 조절제 및 해양생물의 마취제로 사용하기 때문에 친환경적이면서도 경제적이면서 취수구 등에 해양생물의 부착율을 현저히 감소시킬 수 있어 발전 플랜트의 열교환기 배관 등의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 해수가공시 다단의 용존작용을 거치도록 함으로써 용존율을 높일 수 있는 것은 물론 미반응 이산화탄소의 누설에 의한 환경적인 문제를 제어할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 개략적으로 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 구성인 용해장치의 일 실시 예를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 구성인 제 1용해장치의 일 실시 예를 나타내는 도면.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 제 1용해장치에 있어 용존구의 실시 예를 나타내는 측단면도.
도 6은 본 발명의 일 구성인 제 2용해장치의 일 실시 예를 나타내는 도면.
도 7은 도 6의 요부도면.
도 8은 본 발명의 일 구성인 제 2용해장치의 다른 실시 예를 나타내는 도면.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 구성인 용해장치의 일 실시 예를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 구성인 제 1용해장치의 일 실시 예를 나타내는 도면이다. 또한, 도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 제 1용해장치에 있어 용존구의 실시 예를 나타내는 측단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 구성인 제 2용해장치의 일 실시 예를 나타내는 도면이며, 도 7은 도 6의 요부도면이다. 그리고, 도 8은 본 발명의 일 구성인 제 2용해장치의 다른 실시 예를 나타내는 도면이다.

본 발명의 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템(이하 "본 발명의 시스템"이라함, 1)은 도 1에 도시된 바와 같이 이산화탄소와 해수를 유입하여 해수에 이산화탄소를 다단으로 용존시키도록 구성되는 용해장치를 포함하여 구성을 특징으로 한다.

이때, 상기 용해장치(3)에 이산화탄소가 유입되는 방식으로 다양한 방법이 적용될 수 있으나, 본 발명에서는 발전플랜트 연돌 에서 발생한 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집기(2)를 마련하여 이산화탄소 포집기(2)로부터 이산화탄소가 상기 용해장치(3)로 유입되도록 구성할 수 있게 된다.

또한, 상기 용해장치(3)에는 기포수발생장치(34)가 더 구성될 수 있는 바, 상기 기포수발생장치(34) 에서는 이산화탄소가 용존된 해수에 나노기포수로 배출하여 열교환기(4) 등에서 냉각수로서 이산화탄소가 최대치로 용존된 해수를 공급받도록 구성할 수도 있다.

즉 본 발명은 연돌발생 이산화탄소를 해수에 용존시킴에 의하여 가공된 해수 즉, 용존된 이산화탄소에 의해 pH가 조정되어 취수구 등에 해양생물의 부착율을 현저히 감소시킬 수 있는 가공된 해수를 냉각수로 사용함에 따라 발전 플랜트의 열교환기 성능저하를 방지할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.

상기에서 언급되었던 이산화탄소 포집기(2)는 발전플랜트 연돌(a)로부터 발생한 이산화탄소를 포집하는 장치이다. 이러한 이산화탄소 포집기(2)는 다양한 공지기술이 존재하므로 그 설명은 생략한다.

이렇게 이산화탄소 포집기(2)에 포집된 이산화탄소는 후단의 용해장치(3)에서 해수에 용존되도록 하는데 본 발명에서는 도 1 내지 도 2에서 용해장치(3)의 일 예를 제시하고 있다.

본 실시 예의 용해장치(3)는 도 1 내지 도 2에서 보는 바와 같이 제 1용해장치(32) 및 제 2용해장치(33)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같이 용해장치(3)가 제 1용해장치(32) 및 제 2용해장치(33)를 포함함으로써, 제 1용해장치(32)에서 해수에 이산화탄소(CO2)를 용존시키고, 제 2용해장치(33)에서는 제 1용해장치(32)에서 이산화탄소가 용존된 해수(W1)에 제 1용해장치(32)의 미반응 이산화탄소(CO2)를 용존시켜 해수(W2)의 이산화탄소 용존 효율을 배가시킬 수 있게 된다.

다시 말해, 제 1용해장치(32)를 통해 1차적인 용존이 이루어지도록 함과 동시에 제 1용해장치(32)에서 용존되지 않은 이산화탄소(미반응 이산화탄소)를 순차로 제 2용해장치(33)에서 해수에 용존이 이루어지도록 하여 용존율을 향상시키는 것은 물론 미반응 이산화탄소의 누출에 의한 환경문제를 제어하도록 하는 것이다.

이하에서는 상기 제 1용해장치(32)의 일 실시 예에 대해 도 2를 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 실시 예에 따른 제 1용해장치(32)는 가공조(320), 용존부(321) 및 포집부(320)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 가공조(320)는 해수가 유입되는 해수유입라인(311)과 이산화탄소가 용존된 해수가 배출되는 가공수 배출라인(312)이 형성된다.

또한, 상기 용존부(321)는 상기 가공조(320) 내부에 구성되는 것으로, 상기 이산화탄소 포집기(2) 등으로부터 이산화탄소가 유입되고 상기 가공조(320)의 해수가 유입되어 유입된 해수에 이산화탄소가 용존되도록 구성된다.

아울러, 상기 포집부는 상기 용존부(321) 상부에 구성되어 상기 용존부(321)로부터 배출되는 미반응 이산화탄소가 포집되도록 구성된다.

상기 용존부(321)는 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 상기 이산화탄소 포집기(2) 등으로부터 공급된 이산화탄소가 배출되는 복수의 돌출노즐(111)이 형성된 산기관(11)과, 하면이 개구된 수용하우징(121)과 상기 수용하우징(121) 상면에 토출관(122)이 형성된 용존구(12)가 각각 상,하로 이격을 형성하면서 상기 산기관(11)과 상기 포집부(322) 사이에 적층되되 최하부 용존구(12)의 수용하우징(121)은 상기 돌출노즐(111)에 대향하도록 배치되고 하부 용존구(12)의 토출관(122)이 상부 용존구(12)의 수용하우징(121)과 대향하도록 배치되며 최상부 용존구(12)의 토출관(122)은 상기 포집부(322)와 연통하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 제 1용해장치(32)에 있어 상기 용존부(321)는 외곽이 도면번호가 도시되지 않았으나 프레임으로 구성되어 하면은 물론 측면이 개구되도록 하여 가공조(320)의 해수가 상기 용존부(321)의 하면 및 측면으로 유입 및 유출되는 구조이다.

또한 상기 용존구(12)가 이격을 형성하면서 상,하 적층되는 구조는 도면에 도시되지 않았으나 각종 지지대 등에 의해 상기 용존부(321)에서 고정이 되도록 하는 것이다.

상기 용존구(12)는 각각 돌출노즐(111)이 형성된 위치에서 상,하로 적층되어 형성되는데 최하부 용존구(12)의 수용하우징(121)은 상기 돌출노즐(111)에 대향하도록 배치되어 돌출노즐(111)을 통해 토출되는 이산화탄소가 상기 수용하우징(121) 내주연에서 해수와 충돌하면서 용존이 되도록 하는 것이고 이러한 과정에서 미반응 이산화탄소는 수용하우징(121)의 상협하광 형상에 기인하여 수용하우징(121) 내주연의 상부로 포집되면서 토출관(122)을 통해 상방향으로 토출되는 것이다.

이렇게 토출관(122)을 통해 토출된 미반응 이산화탄소는 상부에 위치하는 용존구(12)에 있어 수용하우징(121) 내부로 토출되는 것이며 상기에서 언급한 바와 같이 토출되는 이산화탄소가 상기 수용하우징(121) 내주연에서 해수와 충돌하면서 용존이 되도록 하는 것이고 미반응 이산화탄소는 수용하우징(121) 내주연의 상부로 포집되면서 토출관(122)을 통해 상방향으로 토출되는 것이다.

이러한 과정을 반복적으로 거치면서 결국 이산화탄소의 해수에 용존율을 높이게 되는 것이며 최종적으로 최상부 용존구(12)의 토출관(122)을 통해 미반응 이산화탄소가 상기 포집부(322)에 포집되도록 하는 것이다.

한편 본 발명에서는 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 용존율을 배가시키기 위한 용존구(12)의 실시 예를 제시하고 있다.

본 실시 예의 용존구(12)는 도면에서 보는 바와 같이 토출관(122) 하단부에 이격을 형성하여 체결공간(122-2)이 형성되도록 하는 돌출테두리(122-1)가 한쌍으로 구성되며, 상기 수용하우징(121)은 상면에 상기 토출관(122)과 연통하는 관통공(121-1)이 형성되되 상기 관통공(121-1)은 상기 체결공간(122-2)에 위치하며 상기 토출관(122)의 외경보다 크게 구성되어 상기 수용하우징(121)은 편심이 작용하면서 체결공간(122-2)에서 상,하로 슬라이드 되도록 구성됨을 특징으로 한다.

즉 상기 수용하우징(121)이 상기 토출관(122) 하단부에서 체결이 되되 편심이 작용하면서 체결공간(122-2)에서 상,하로 유동하도록 구성되어 하부에 위치하는 용존구(12)의 토출관(122)에서 토출되는 이산화탄소의 토출압 및 토출된 이산화탄소에 의한 수용하우징(121) 내부의 해수압에 의해 상기 수용하우징(121)은 편심이 작용한 상태에서 상,하로 유동하게 되는데 이러한 유동에 의해 별도의 장치없이 교반작용이 이루어지게 되는 것이다. 결과적으로 수용하우징(121)의 토출관(122)에서 유동에 의해 토출된 이산화탄소가 수용하우징(121) 내부의 해수와 용존율이 높아지게 되는 것이다.

이에 더하여 도 5에서 보는 바와 같이 상기 돌출테두리(122-1) 중 하부에 위치하는 돌출테두리(122-1)에는 돌출테두리(122-1) 끝단과 연하면서 하면이 개구되며 상기 수용하우징(121)의 내경보다 작은 외경을 가지고 내,외부가 연통하도록 복수의 유동홀(122-4)이 형성된 내부하우징(122-3)이 형성되는 예도 제시하고 있다.

이와 같이 구성됨에 의해 상기에서 언급한 바와 같이 수용하우징(121)의 유동에 의한 교반작용에 더하여 내부하우징(122-3)의 구성으로 이산화탄소와 해수의 충돌면적을 크게 하여 이산화탄소의 해수에 용존율을 높이도록 하는 것이다.

내부하우징(122-3)의 내부와 수용하우징(121)의 내부는 상기 유동홀(122-4)에 의해 자유로운 유동이 가능하여 이산화탄소 및 해수는 양 공간을 유동하면서 와류가 형성되도록 함에 따라 용존율을 향상시키게 되는 것이다.

본 실시 예에서는 도면에 도시된 바는 없으나 상기 체결공간(122-2)에 연성이며 탄성재질의 패킹이 구성되도록 하여 체결공간(122-2)에서 수용하우징(121)의 유동이 보장되도록 하면서 미반응 이산화탄소의 토출관(122) 외의 누출을 방지하도록 할 수 있다.

이렇게 상기와 같은 구성을 가진 제 1용해장치(32)를 통해 1차적으로 해수에 이산화탄소가 용존되도록 하면서 상기 포집부(322)에 포집된 미반응 이산화탄소는 제 2용해장치(33)로 유입되도록 하는데, 이는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 가공조(320)의 해수(W1)를 제 2용해장치(33)에 유입시키는 해수라인(320a) 및 상기 포집부(322)의 미반응 이산화탄소를 제 2용해장치(33)에 유입시키는 미반응 이산화탄소라인(322a)이 마련된다.

즉, 상기 가공조(320)의 해수(W1)는 해수라인(320a)을 통해, 상기 포집부(322)의 미반응 이산화탄소는 미반응 이산화탄소라인(322a)를 통해 상기 제 2용해장치(33)로 유입되어 제 2용해장치(33)에서 2차적인 용존과정을 거치게 되는 것이다.

이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 일 구성인 제 2용해장치(33)에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 실시 예에 따른 제 2용해장치(33)는 탱크본체(331), 해수 순환라인(332), 이산화탄소 유입라인(333) 및 유량조절수단(335)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

도시된 바와 같이 탱크본체(331)는 상기 해수라인(320a)을 통해 유입되는 해수(W1)에 상기 미반응 이산화탄소라인(322a)을 통해 유입되는 이산화탄소가 용존되는 공간인 것으로, 일측에 해수유입라인(338)을 마련하여 상기 해수라인(320a)과 연결시켜 탱크본체(331) 내부에 해수(W1)가 공급되도록 구성된다.

또한, 상기 해수 순환라인(332)은 상기 탱크본체(331)로부터 해수가 하기의 구성들을 순환하여 다시 탱크본체(331)로 유입되게 하는 수단이다.

이러한 상기 해수 순환라인(332)에는 도 6에 도시된 바와 같이 탱크본체(331)의 내부에 해수가 유입되게 하는 해수유입관(3321)과 해수가 강제 순환되게 하는 가압순환펌프(3322), 압력싸이클론(3323), 해수의 순환 또는 차단을 위한 조절밸브(3324) 그리고 헤더(3325)가 구비된다.

상기 압력싸이클론(3323)은 용존되지 않은 이산화탄소를 이산화탄소가 풍부해진 해수와 분리 하여 용존 이산화탄소가 높아진 순환 해수만을 탱크본체(331)에 공급하도록 구성하고 용존되지 않은 이산화탄소는 도시된 바와 같이 탱크본체(331)로 보내게 된다.

순환 해수 중의 이산화탄소 용해 효율이 높아진 순환 해수는 상기한 바와 같이 헤더(3325)와 그 하부에 구비된 해수 순환라인(332) 부분을 통해 탱크본체(331)로 순환되는 과정을 거치게 된다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에서는 상기한 바와 같이 압력싸이클론(3323) 그리고 헤더(3325)가 별도로 마련되어 있지만, 작업 환경 또는 당업자의 선택적 운용이 가능하다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 해수 순환라인(332)에 연결되어 상기 해수 순환라인(332)을 따라 순환 중인 해수의 유입압에 따라 이산화탄소가 상기 탱크본체(331)로 유입되게 하는 이산화탄소 유입라인(333)을 포함한다.

상기 이산화탄소 유입라인(333)은 상기 미반응 이산화탄소라인(322a)과 연결되어 상기 제 1용해장치(32)로부터 미반응 이산화탄소가 유입되도록 구성된다.

다시 도 6 내지 도 7을 참조하여, 해수가 순환되어 탱크본체(331)에 다시 유입되는 해수 순환라인(332) 부분은 특히, 도 7에 도시된 바와 같이 상측관(3326)의 하부에 탱크본체(331)로 다시 유입되는 해수의 압력을 상승시킬 목적으로 아래로 수렴되는 수렴부분(3327)과 하측관(3329)의 상부에 다시 상기 수렴부분(3327)으로부터 다시 확장되는 확장부분(3328)을 갖는다.

여기서, 상기 해수 순환라인(332)의 상기 상측관(3326) 하부의 수렴부분(3327)에서 하측관(3329) 측 확장되는 확장부분(3328)에 상기 이산화탄소 유입라인(333)의 일단이 유체적으로 연결된다. 이로써, 상기 해수 순환라인(332)을 통해 탱크본체(331)로 다시 유입되는 해수의 압력 상승으로 이산화탄소가 함께 유도관(334)의 하부를 통해 탱크본체(331)로 유입되어 탱크본체(331) 전체의 이산화탄소 용존률을 상승 시키게 된다.

이때, 본 발명에서는 해수 중의 이물질에 의한 수렴부분(3327)의 하향 끝단이 마모되어도 그 수렴부분(3327)을 통해 확장부분(3328)으로 이르는 해수의 압력을 일정하게 유지하기 위해 별도의 유량조절수단(335)이 마련된다.

본 발명에서, 상기 유량조절수단(335)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 탱크본체(331)에 대하여 승하강 조절되게 구성되어 있는 승하강 조절구와 상기 승하강 조절구에 결합되어 상기 해수 순환라인(332)의 수렴부분(3327)에 인입 또는 인출되는 유량조절구(3350)를 포함한다.

이때, 상기 승하강 조절구의 미설명 도면부호 3351은 높이조작부이고, 3352는 탱크본체(331)에의 고정부이며, 3353은 상기 고정부에 고정되는 너트부이고, 3354는 상기 높이조작부의 회전 조작에 의해 상기 너트부에서 회전하는 상측 높이조절구이고 3355는 상기 상측 높이조절구의 높이 조절에 따라 상하부로만 움직이는 하측 높이조절구이다. 상측 높이 조절구와 하측 높이조절구는 각각의 하부 및 상부에 베어링에 의한 결합이 이루어져 상측 높이 조절구의 회전과 무관하게 하측 높이조절구가 그 높이만 조절되게 할 수 있다. 미설명 도면부호 3356은 하측 높이조절구를 슬라이딩 가능하게 지지하기 위한 지지부이다.

유량조절구(3350)는 도 7a 내지 도 7b에 도시된 바와 같이 일부 또는 전부가 상부의 직경이 하부의 직경보다 작은 원추형으로 형상화될 수 있다.

또한, 본 발명의 하나의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 이산화탄소 유입라인(333)에 압력표시구(3331)가 장착되어 이산화탄소 유입라인(333)으로 유입되는 공기 또는 이산화탄소의 압력을 육안으로 확인할 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 압력표시구(3331)는 타단이 폐쇄되어 있는 "U"자형 관 형태를 취할 수 있으며, 이 경우에는 "U"자형 관의 내부에 유체를 넣어 공기 유입라인을 통과하는 공기 또는 이산화탄소의 압력에 따른 유체의 이동량에 따라 공기의 유입량이 결정되게 한다.

또한, 이산화탄소 유입라인(333)에는 탱크본체(331)로 유입되는 공기를 유입 또는 차단 또는 조절하기 위한 목적으로 조절밸브(3324)가 마련된다.

또한, 본 발명의 하나의 바람직한 실시 형태에서는 도면에 도시된 바는 없으나 상기 탱크본체(331)의 상부에 상기 탱크본체(331) 내부의 가스가 선택적으로 배출되게 하는 가스 배출 라인을 더 포함될 수 있으며, 이러한 가스 배출 라인에는 탱크본체(331) 내부의 가스가 선택적으로 배출되게 하는 밸브가 마련될 수 있다.

이렇게 유입된 혼합 해수는 상기 제 2용해장치(33) 내부에서 2차적인 용존과정을 거치게 되어 다단으로 이산화탄소가 용존된 해수(W2)가 용존해수배출라인(339)을 통해 상기에서 언급하였던 기포수발생장치(34)로 전달된다.

이때, 상기 용존해수배출라인(339)을 통해 배출되는 이산화탄소가 용존된 해수(W2)는 도 2에서와 같이 기포수발생장치(34)를 통해 상기 가공조(320)의 해수는 나노기포수가 혼합되도록 하여 이후 나노기포수가 혼합된 해수(W3)는 가공해수배출라인(312)을 통해 상기 열교환기(4) 등에서 냉각수로서 공급받도록 구성할 수 있게 된다.

이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 제 2용해장치의 제 2실시 예를 설명한다.

본 실시 예의 제 2용해장치(33a)는, 탱크본체(333a)와, 상기 탱크본체(333a) 내부에 형성되며 상기 혼합해수유입라인(331a)으로부터 혼합해수가 유입되는 호리병 형상의 액포생성용기(334a)와, 상기 탱크본체(333a) 일측에 구비되어 상기 액포생성용기(334a)로부터 월류되는 용존해수를 외부로 배출하는 용존해수배출라인(332a)이 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 액포생성용기(334a)는 상기 탱크본체(333a) 내부에 마련되며 목부를 갖는 호리병 형상이다. 상기와 같이 액포생성용기(334a)가 호리병 형상인 이유는 이산화탄소의 용존효율을 향상시킬 수 있는 액포의 액막화가 가능하도록 하기 위함이다.

즉, 상기 제 2용해장치(33a)에서 용해되지 않은 미반응 이산화탄소와 해수가 상기 탱크본체(333a) 내부의 액포생성용기(334a)로 분사된다. 분사된 이산화탄소와 해수의 혼합물은 전량 상기 액포생성용기(334a) 상부에서 물방울 형태로 액막을 형성하면서 아주 얇은 막의 상태로 상기 액포생성용기(334a)를 넘쳐 하부로 이동하게 된다. 따라서 유입된 해수 전량이 상기와 같은 얇은 막의 형태를 유지하므로 이산화탄소와 해수와의 접촉효율이 증가하고 결과적으로 용존율이 증대되는 이유이다.

여기서 액막화에 의해 이산화탄소가 용존된 해수는 탱크본체(333a) 일측에 구비된 용존해수배출라인(332a)을 통하여 이송되게 된다.

상기 탱크본체(333a)의 형상이나 크기는 특별히 제한하지 않으나, 이산화탄소와 해수가 용이하게 유동할 수 있도록 바닥면과 측면은 부드러운 곡면을 갖는 것이 바람직하고, 또 해수가 유입되므로 내식성이 강한 재질이나 내식성이 강한 물질로 코팅하는 것이 바람직하다.

이렇게 완전히 이산화탄소가 용존된 용존해수가 상기 기포수발생장치(34a)로 유입되며, 상기 기포수발생장치(34a)에서 수십 μm 크기의 기포수를 발생시켜 해수로 공급하게 되는 것이다. 여기서 기포수발생장치(34a)는 다양한 공지기술이 존재하므로 그 설명은 생략하나 바람직하게 나노기포가 발생되도록 하는 장치를 사용하는 것이 바람직하다.

이렇게 나노기포수가 함유된 해수는 열교환기(4) 등에 해양생물의 부착을 억제할 수 있는 pH 범위를 갖게 되는 가공된 해수(W2)가 되는 것이며, 가공된 해수는 용존해수배출라인(332a)을 통해 상기에서와 같이 기포수발생장치(34)를 거쳐 가공조(320) 내 해수에 나노기포수를 혼합시키고 이후 나노기포수가 혼합된 해수(W3)는 가공수 배출라인(312)을 통해 열교환기(4)의 냉각수로 공급되어지는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1 : 해수 가공시스템 2 : 이산화탄소 포집기
3 : 용해장치 4 : 열교환기
2 : 제 1용해장치 33 : 제 2용해장치

Claims (14)

1. 이산화탄소와 해수를 유입하여 해수에 이산화탄소를 다단으로 용존시키도록 구성되는 용해장치;를 포함하며,
   상기 용해장치는,
   일측에 해수유입라인이 형성되는 가공조와, 상기 가공조 내부에 구성되며 이산화탄소와 상기 가공조의 해수가 유입되어 유입된 해수에 이산화탄소가 용존되도록 하는 용존부와, 상기 용존부 상부에서 상기 용존부로부터 배출되는 미반응 이산화탄소가 포집되는 포집부를 포함하는 제 1용해장치; 및
   일측에 상기 가공조의 해수가 유입되는 해수라인과 상기 포집부의 미반응 이산화탄소가 유입되는 미반응 이산화탄소라인이 형성되며 미반응 이산화탄소를 해수에 용존시키는 제 2용해장치;를 포함하고,
   상기 용존부는,
   이산화탄소 포집기로부터 공급된 이산화탄소가 배출되는 복수의 돌출노즐이 형성된 산기관과, 하면이 개구된 수용하우징과 상기 수용하우징 상면에 토출관이 형성된 용존구가 각각 상,하로 이격을 형성하면서 상기 산기관과 상기 포집부 사이에 적층되되, 최하부의 용존구의 수용하우징은 상기 돌출노즐에 대향하도록 배치되고 하부 용존구의 토출관이 상부 용존구의 수용하우징과 대향하도록 배치되며, 최상부의 용존구의 토출관이 상기 포집부와 연통하도록 구성되며,
   상기 토출관은,
   하단부에 이격을 형성하여 체결공간이 형성되도록 하는 돌출테두리가 한쌍으로 구성되며,
   상기 수용하우징은,
   상면에 상기 토출관과 연통하는 관통공이 형성되되 상기 관통공이 상기 체결공간에 위치하며 토출관의 외경보다 크게 구성되어 편심이 작용하면서 체결공간에서 상,하로 슬라이드 되도록 구성됨을 특징으로 하는 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 용해장치 후단에는 기포수발생장치가 구성되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 돌출테두리 중 하부에 위치하는 돌출테두리에는 돌출테두리 끝단과 연하면서 하면이 개구되며 상기 수용하우징의 내경보다 작은 외경을 가지고 내,외부가 연통하도록 복수의 유동홀이 형성된 내부하우징이 형성되는 것을 특징으로 하는 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제 2용해장치는
   상기 해수라인과 연결되는 해수유입라인을 통해 해수가 유입되는 탱크본체;
   상기 탱크본체로부터의 해수가 상기 탱크본체로 강제 순환되게 하는 해수 순환라인;
   일단은 상기 미반응 이산화탄소라인에 연결되고 타단은 상기 해수 순환라인에 연결되어 상기 해수 순환라인을 따라 순환 중인 해수의 유입압에 따라 이산화탄소가 상기 탱크본체로 선택적으로 유입되게 하는 이산화탄소 유입라인;
   상기 탱크본체 내부의 순환라인을 통해 다시 탱크본체로 유입되는 해수의 유입량을 조절하기 위한 유량조절수단;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 유량조절수단은 상부의 직경이 하부의 직경보다 작은 원추 형상의 유량조절구를 포함하고, 해수가 순환되어 탱크본체에 다시 유입되는 순환라인 부분은 순차적으로 수렴부분과 확장부분을 가지며, 상기 순환라인의 수렴부분에 상기 유량조절구의 인입 또는 인출에 의해 해수의 유입량이 조절되게 구성되는 것을 특징으로 하는 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 이산화탄소 유입라인에는 유입되는 이산화탄소의 압력을 육안으로 확인할 수 있는 압력표시구가 장착되되, 상기 압력표시구는 타단이 폐쇄되어 있는 "U"자형 관 형태이며, 상기 "U"자형 관의 내부에는 유체가 들어있어 상기 이산화탄소 유입라인을 통과하는 이산화탄소 유입라인을 통과하는 이산화탄소의 압력에 따른 유체의 이동량에 따라 이산화탄소의 유입량이 결정되는 것을 특징으로 하는 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템.
10. 제 7항에 있어서,
    상기 해수 순환라인에는 상기 탱크본체의 내부에 해수 유입관, 가압순환펌프, 압력싸이클론, 조절밸브 및 헤더가 순차적으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템.
11. 제 8항에 있어서,
    해수가 순환되어 탱크본체에 다시 유입되는 해수 순환라인 부분의 수렴부분에서 확장되는 확장부분에 상기 이산화탄소 유입라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 유량조절수단은 상기 해수 순환라인의 수렴부분을 통해 재유입되는 해수의 양을 조절함으로써 상기 이산화탄소 유입라인을 통해 유입되는 이산화탄소의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템.
13. 제 8항에 있어서,
    상기 유량조절수단의 유량조절구는 상기 탱크본체에 대하여 승하강 조절되게 구성되어 있는 승하강 조절구에 의한 승하강에 따라 작동되는 것을 특징으로 하는 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템.
14. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2용해장치는,
    탱크본체와, 상기 탱크본체 내부에 형성되며 혼합해수유입라인으로부터 혼합해수가 유입되는 호리병 형상의 액포생성용기와, 상기 탱크본체 일측에 구비되어 상기 액포생성용기로부터 월류되는 용존해수를 외부로 배출하는 용존해수배출라인이 포함되는 것을 특징으로 하는 연돌발생 이산화탄소를 이용한 냉각수용 해수 가공시스템.

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