KR102042410B1

KR102042410B1 - 발전 효율성을 향상시킨 온배수 냉각 시스템

Info

Publication number: KR102042410B1
Application number: KR1020190040714A
Authority: KR
Inventors: 장석한
Original assignee: 주식회사 프로텍타코리아
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2019-11-27

Abstract

본 발명에 따른 온배수 냉각시스템은, 발전소 또는 공장에서 사용하고 나온 고온의 온배수를 전달받으며, 배수로(50)의 상류측에서 상기 배수로(50)를 가로질러 상기 배수로(50)의 상방에 설치되는 온배수 분배모선(11); 상기 온배수 분배모선(11)로부터 온배수를 분배하기 위하여 상기 온배수 분배모선(11)로부터 분기되며, 서로 이격하여 상기 온부수 분배모선(11)에 결합된 복수의 분배관(12); 바닥(21)과 상기 바닥(21)의 좌·우 양측에 구성되는 측벽(22)을 이용하여 온배수의 길이방향 흐름을 가이드하며, 상기 바닥(21)에는 온배수의 직하방 분사를 위한 분사용 타공(21a)이 2차원 어레이로 형성된 복수의 타공소수로(20); 및 상기 복수의 타공소수로(20)를 지지하는 지지대(30);를 포함하여 구성되며, 상기 타공소수로(20)의 각각은 상기 배수로(50)의 길이 방향을 따라 설치되며, 상기 복수의 타공소수로(20)는 병렬 설치되되 이웃하는 타공소수로(20)의 사이에는 수증기 배출 통로(40)가 형성되도록 서로 이격 설치되며, 상기 타공소수로(20)의 각각은 상기 배수로(50)의 상류측에서 상기 복수의 분배관(12) 중 하나으로부터 온배수를 공급받고, 공급받은 온배수가 상기 타공소수로(20)를 따라 흘러가면서 상기 2차원 어레이로 형성된 분사용 타공(21a)를 통해 점차 빠져나가도록 하며, 상기 타공소수로(20)의 타공(21a)을 통해 분사된 분사온배수의 적어도 일부가 기화되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

발전 효율성을 향상시킨 온배수 냉각 시스템{The cooling system of hot discharging water enhancing generation efficiency}

본 발명은 발전소 또는 기계장치에서 사용되고 난 고온의 온배수가 배수로를 통하여 그대로 외부로 버려지던 기존의 온배수처리시스템에서, 새로운 장치를 용이하게 추가함으로써 온배수를 냉각시키는 온배수 냉각시스템에 관한 것이다.

화력발전소, 원자력발전소 등의 발전소나 제철소, 섬유공장, 제지공장 등에서 많은 량의 온배수가 배출되어 강이나 바다로 유입된다. 배출된 온배수는 보통 강이나 바다의 수온보다 높아서 강이나 바다에 나쁜 영향을 주게 되는 데, 온배수 배출로 수온평형이 흐트러질 경우 강이나 바다에 사는 생물들에 큰 영향을 끼친다. 어류의 경우 온도변화에 민감하여 하루에 1.1℃ 이상의 온도변화가 생길 경우 열충격을 받는 것으로 조사되고 있는 등 온배수가 강이나 바다에 미치는 열적 영향은 매우 크다고 할 수 있다.

따라서 발전소나 공장의 설립 과정에서 환경영향평가를 실시하고 온배수에 의한 피해를 줄이기 위한 여러 노력을 하고 있지만 현재까지 경제적이고 효과적인 방법이 제시되지 않고 있다.

특허문헌 1 및 특허문헌 2의 기술에서는 온배수를 냉각시키기 위하여 온도가 낮은 심층수를 주변 바다에서 펌핑하여 온배수와 섞어 배출하는 방법을 제시하고 있으나, 심층수의 펌핑에 많은 에너지가 사용되며 바다 심층부에 도달하는 관로와 혼합 및 펌핑을 위한 장치 등이 요구되므로 그 시스템의 구조가 복잡하게 되는 문제가 있다.

이상 종래 기술의 문제점 및 과제에 대하여 설명하였으나, 이러한 문제점 및 과제에 대한 인식은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것은 아니다.

1. 대한민국 특허 10-0925351, "해양심층수를 이용한 발전소의 냉각수 재이용 및 배출수 온도조절시스템" 2. 대한민국 특허 출원 10-2010-0140436, "발전소 온배수 저감 소수력 발전설비 및 방법"

본 발명의 목적은 온배수의 냉각을 위해 추가적인 에너지를 전혀 사용하지 않는 온배수 냉각 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은 그 구조가 간단하여 저비용으로 시스템의 구축이 가능한 온배수 냉각 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 온배수 냉각시스템은, 발전소 또는 공장에서 사용하고 나온 고온의 온배수를 전달받으며, 배수로(50)의 상류측에서 상기 배수로(50)를 가로질러 상기 배수로(50)의 상방에 설치되는 온배수 분배모선(11); 상기 온배수 분배모선(11)로부터 온배수를 분배하기 위하여 상기 온배수 분배모선(11)로부터 분기되며, 서로 이격하여 상기 온부수 분배모선(11)에 결합된 복수의 분배관(12); 바닥(21)과 상기 바닥(21)의 좌·우 양측에 구성되는 측벽(22)을 이용하여 온배수의 길이방향 흐름을 가이드하며, 상기 바닥(21)에는 온배수의 직하방 분사를 위한 분사용 타공(21a)이 2차원 어레이로 형성된 복수의 타공소수로(20); 및 상기 복수의 타공소수로(20)를 지지하는 지지대(30);를 포함하여 구성되며,

상기 타공소수로(20)의 각각은 상기 배수로(50)의 길이 방향을 따라 설치되며, 상기 복수의 타공소수로(20)는 병렬 설치되되 이웃하는 타공소수로(20)의 사이에는 수증기 배출 통로(40)가 형성되도록 서로 이격 설치되며, 상기 타공소수로(20)의 각각은 상기 배수로(50)의 상류측에서 상기 복수의 분배관(12) 중 하나으로부터 온배수를 공급받고, 공급받은 온배수가 상기 타공소수로(20)를 따라 흘러가면서 상기 2차원 어레이로 형성된 분사용 타공(21a)를 통해 점차 빠져나가도록 하며, 상기 타공소수로(20)의 타공(21a)을 통해 분사된 분사온배수의 적어도 일부가 기화되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기한 온배수 냉각 시스템에 있어서, 상기 지지대(30)는, 상기 배수로(50)를 가로질러 설치되고 상기 복수의 타공소수로(20)를 받쳐서 지지하는 수평지지대(31); 상기 배수로(50)내에서 수직으로 설치되고 상기 수평지지대(31)를 지지하는 수직지지대(32);를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면 기존 배수로를 활용하거나 확장된 길이의 배수로를 이용하여 온배수 냉각 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 간단한 설비 추가를 통하여 저비용으로 온배수 냉각 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 추가적인 에너지의 사용없이도 온배수 냉각 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 취·배수 온도차가 큰 계절에 더욱 효과적인 온배수 냉각 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 통상적인 온배수 토출배관(1)과 배수로(3)의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온배수 냉각 시스템을 도시한 단면도이다.
도 3은 단일 타공소수로(20)의 상류측 일부 등을 도시한 사시도이다.
도 4는 통상적인 온배수 토출배관(1)과 배수로(3)의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온배수 냉각 시스템을 도시한 평면도로서 온배수를 제외하고 도시된 것이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 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 명칭 및 도면 부호를 사용한다.

화력발전소 또는 원자력발전소 등의 발전소나 제철소, 섬유공장 또는 제지공장 등의 공장에서 많은 량의 온배수가 배출되어 강이나 바다로 유입됨으로써, 생태계에 많은 영향을 미치고 있다. 이 때문에 온배수를 냉각시켜서 그 영향을 크게 줄일 필요가 있다.

물은 기화하여 수증기로 상변화를 하면, 100℃에서 약 540cal/g의 큰 증발 잠열을 가져가므로 잔류하는 물의 온도는 매우 낮아진다. 특히 상온인 25℃ 근처에서 물이 기화하면 증발잠열이 약 600cal/g으로 더 커진다.

일정한 그릇에 담긴 물이 외부의 열 유입/유출이 없이 1% 만 증발하여도 잔류하는 물은 약 6℃의 온도가 떨어진다. 개방형 냉각탑의 경우 냉각팬을 정지하고 물을 분사만 하여도 약 1∼2℃의 온도가 낮아진다. 즉 가장 가혹한 상황을 상정해 바람이 불지 않는다고 가정하여도 물의 분사만으로 약 1∼2℃의 온도를 낮출 수 있는 점을 이용하여 본 발명의 온배수 냉각장치를 실현시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 기존 온배수 토출배관(1)과 배수로(3)의 단면도이다.

온배수 토출배관(1)을 통해 온배수(D)가 토출되어 지표면(2) 아래에 설치된 배수로(3)로 버려지고 배수로(3)에 버려진 온배수는 온배수흐름(E)을 형성하여 강이나 바다로 흘러가게 된다. 대체로 배수로(3)의 길이가 짧으므로, 배수로(3)를 통하여 흘러가는 동안 온배수의 온도 저하가 거의 없고 높은 온도의 온배수는 거의 온도 변화 없이 강이나 바다로 흘러가는 실정이다.

만일 배수로(3)를 통하여 흐르면서 자연적으로 원하는 수준의 온도 저하가 있으려면, 대략 10km 이상의 긴 배수로가 필요하므로 현실적으로 적용되기 어려운 실정이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온배수 냉각 시스템을 도시한 단면도이다. 도 3은 단일 타공소수로(20)의 상류측 일부 등을 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온배수 냉각 시스템을 도시한 평면도로서 온배수를 제외하고 도시된 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온배수 냉각 시스템은 온배수 분배모선(11), 분배관(12), 소수로(20) 및 지지대(30)를 포함하여 구성된다.

온배수 분배모선(11)은 온배수 토출배관(1)을 통하여 발전소 또는 공장에서 사용하고 나온 고온의 온배수를 전달받으며, 예를 들면 온배수 토출배관(1)과 플랜지등을 이용하여 결합한다. 온배수 분배모선(11)은 배수로(50)의 상류측에서 배수로(50)를 가로질러 상기 배수로(50)의 상방(높은 위치)에, 그리고 바람직하기로 타공소수로(20)들 보다 더 상방(높은 위쪽)에 설치되나, 각 타공소수로(20)에 대하여 온배수를 원활히 공급할 수 있을 정도의 높이를 가지면 된다.

배수로(50)는 통상의 배수로와 유사하게 바닥(50) 및 측벽(52)을 가지되, 타공 소수로(20)로부터 분사된 온배수가 대기중 낙하할 수 있는 충분한 거리를 확보할 수 있을 정도의 측벽 높이를 가지며, 그 길이는 대략 수십 내지 수백 미터를 가진다.

분배관(12)은 온배수 분배모선(11)로부터 온배수를 각 타공소수로(20)로 분배하기 위하여 온배수 분배모선(11)로부터 분기되며, 복수의 분배관(12)은 서로 이격하여 온배수 분배모선(11)에 각각 결합된다. 온배수 분배모선(11) 및/또는 분배관(12)에는 유량의 제어 및 단속을 위하여 밸브가 추가 구성될 수 있다.

타공소수로(20)는 바닥(21)과 바닥(21)의 좌·우 양측에 구성되는 측벽(22) 등을 포함한다. 타공소수로(20)는 바닥(21)과 측벽(22)을 이용하여 온배수의 길이방향 흐름을 가이드하여 배수로(50)에서 온배수가 상류측에서 하류측으로 흐르는 방향과 동일 방향으로 타공소수로(20)에서도 흐르도록 한다.

타공소수로(20)의 각각은 긴 길이를 가지고 배수로(50)의 길이 방향을 따라 설치되는 데, 예를 들면 수십 ~ 수백 미터의 길이를 가질 수 있다. 복수의 타공소수로(20)는 그 측면을 서로 맞대어 병렬 설치되되 이웃하는 타공소수로(20)의 사이에는 수증기 배출 통로(40)가 형성되도록 서로 이격 설치된다.

그리고 타공소수로(20)의 바닥(21)에는 온배수의 직하방 분사를 위한 분사용 타공(21a)이 2차원 어레이로 형성되는 데, 분사용 타공(21a)은 타공소수로(20)의 측벽(22)에도 형성되게 할 수 있다. 분사용 타공(21a)은 예를 들면 0.5 ~ 5 mm 일 수 있으며, 다른 변형예로서 분사용타공(21a)에 노즐이 착탈가능하도록 결합되고 노즐로부터 분사되도록 할 수도 있다.

이웃하는 타공소수로(20) 사이와, 타공소수로(20)와 배수로(50)의 측벽(52) 사이에는 수증기배출통로(40)가 형성되며, 수증기배출통로(40)는 분사용타공(21a)에서 분사된 분사온배수(B)가 기화하여 발생한 수증기가 원활하게 배출되도록 하는 공간이 된다.

지지대(30)는 복수의 타공소수로(20)를 지지하며, 배수로(50)를 가로질러 수평으로 설치되고 복수의 타공소수로(20)의 하단을 받쳐서 지지하는 수평지지대(31)와, 배수로(50)내에서 수직으로 설치되고 수평지지대(31)를 지지하는 수직지지대(32)를 포함하여 구성된다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 일실시예에 따른 온배수 냉각 시스템의 동작에 대하여 설명한다.

배수로(50)의 상류측에서 온배수 토출배관(1)을 통하여 발전소 또는 공장에서 사용하고 나온 고온의 온배수는 온배수 분배모선(11)으로 전달되며, 온배수 분배모선(11)에 결합하고 있는 각 분배관(12)을 통해 각 타공소수로(20)로 온배수가 분배 공급된다.

공급받은 온배수는 타공소수로(20)를 따라 흘러가면서 2차원 어레이로 형성된 분사용 타공(21a)를 통해 점차 빠져나가도록 한다. 공급받은 온배수는 타공소수로(20)를 따라 흘러가는 동시에 분사용 타공(21a)를 통해 점차 빠져나가서 배수로(50)내에서 낙하하는 분사온배수(B)가 된다.

타공소수로(20)에 공급된 온배수는 타공소수로(20)의 상류측에서 하류측으로 흘러가되, 구배가 없어도 확산에 의해 흘러가거나 약간의 구배를 가지도록 할 수 있다.

그리고 타공소수로(20)의 타공(21a)을 통해 분사된 분사온배수(B)의 적어도 일부는 기화되며 나머지는 액체상태의 온배수(C)로 남아서 배수로(50)를 통해 흘러간다. 낙하하는 분사온배수(B)의 하강 흐름과 분사온배수(B)가 수면에 부?치면서 만드는 요동 등에 의해, 배수로(50)내에서 내부 공기의 써큘레이션을 가속하며, 이에 따라 수증기배출통로(40)를 통한 수증기의 원활한 배출을 도운다.

일부 분사 온배수가 기화하여 수증기가 되는 과정에서, 수증기로의 상변화로 인해 빼앗아 가는 증발잠열에 의해 액체상태로 잔류하는 온배수의 온도는 낮아지게 된다.

도 4와 같이 기존의 배수로(3)는 단순히 온배수(E)를 강 또는 바다로 배수하기 위한 통로의 역할을 수행하는 것에 그쳤으나, 본 발명에서는 이러한 기존 배수로에, 또는 확장된 길이의 배수로에 용이하게 설치가능하며 간단한 장치를 추가하는 것으로도 온배수의 온도 저하를 달성할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에 따르면 온배수를 냉각시키는 매우 간단한 시스템을 제공한다.

화력발전소, 원자력발전소 등의 발전소나 제철소, 섬유공장, 제지공장 등의 공장에서 많은 량의 온배수가 배출되어 강이나 바다로 유입되는 실정으로, 배출된 온배수는 보통 강이나 바다의 수온보다 높아서 강이나 바다에 나쁜 영향을 주게 된다.

종래에는 온배수를 냉각시키기 위하여 온도가 낮은 심층수를 추가로 펌핑하여 온배수와 섞어 배출하는 방법 등을 사용함으로써 많은 에너지와 고가의 장비가 요구되므로 보편적으로 설치되기는 어려움 점이 있었으나, 본 발명에 따르면 증발잠열을 이용하는 방법에 따른 것으로서, 추가적인 에너지의 사용 없이도 온배수를 냉각시킬 수 있으며 소요 설비가 비교적 간단하여 효율성있고 저비용으로 온배수를 냉각시킬 수 있도록 한다.

강 또는 바다의 수온과 온배수 사이의 온도차가 큰 계절은 겨울이다. 대부분의 발전소는 자연수온 변화에 따라 취·배수 온도차인 △T 를 조절한다. 자연수온이 높은 7 월부터 10 월까지는 전체적으로 7℃ 이하의 △T, 자연수온이 가장 높은 9 월의 △T 는 5.7 도이다. 11 월에 자연수온이 내려가면 △T 는 7℃를 넘어 점차 상승하며 자연수온이 가장 낮은 2 월에는 평균 △T 는 8.9℃ 내외로 최고에 달한다(한국해양연구원 2008).[인용문헌: "충남 화력발전소 온배수 배출의 실태와 활용방안", 2012년 12월 31 충남발전연구원].

이와 같이 겨울철 등에 온배 냉각 시스템의 필요성이 보다 높다고 할 수 있는 데, 반대로 겨울철에는 대기가 건조하고 온도가 낮으므로 본 발명의 온배수 냉각 시스템을 적용할 때 그 효과가 더욱 커지는 장점이 있다. 따라서 본 발명은 온배수 냉각 시스템의 필요성이 증가하는 계절에 더욱 작용 효과가 커지는 장점이 있다.

1 : 온배수 토출배관 2 : 지표면
3 : 배수로 11 : 온배수 분배모선
12 : 분배관 20 : 타공 소수로
21 : 타공 소수로의 바닥 21a : 분사용 타공
22 : 타공 소수로의 측벽 30 : 지지대
31 : 수평 지지대 32 : 수직 지지대
40 : 수증기 배출통로 50 : 배수로
51 : 배수로 바닥 52 : 배수로 측벽

Claims

발전소 또는 공장에서 사용하고 나온 고온의 온배수를 전달받으며, 배수로(50)의 상류측에서 상기 배수로(50)를 가로질러 상기 배수로(50)의 상방에 설치되는 온배수 분배모선(11);
상기 온배수 분배모선(11)로부터 온배수를 분배하기 위하여 상기 온배수 분배모선(11)로부터 분기되며, 서로 이격하여 상기 온배수 분배모선(11)에 결합된 복수의 분배관(12);
바닥(21)과 상기 바닥(21)의 좌·우 양측에 구성되는 측벽(22)을 이용하여 온배수의 길이방향 흐름을 가이드하며, 상기 바닥(21)에는 온배수의 직하방 분사를 위한 분사용 타공(21a)이 2차원 어레이로 형성된 복수의 타공소수로(20); 및
상기 복수의 타공소수로(20)를 지지하는 지지대(30);를 포함하여 구성되며,
상기 타공소수로(20)의 각각은 상기 배수로(50)의 길이 방향을 따라 설치되며, 상기 복수의 타공소수로(20)는 병렬 설치되되 이웃하는 타공소수로(20)의 사이에는 수증기 배출 통로(40)가 형성되도록 서로 이격 설치되며,
상기 타공소수로(20)의 각각은 상기 배수로(50)의 상류측에서 상기 복수의 분배관(12) 중 하나으로부터 온배수를 공급받고, 공급받은 온배수가 상기 타공소수로(20)를 따라 상류측에서 하류측으로 흘러가면서 상기 2차원 어레이로 형성된 분사용 타공(21a)를 통해 점차 빠져나가도록 하며,
상기 타공소수로(20)의 타공(21a)을 통해 분사된 분사온배수의 적어도 일부가 기화되도록 하며,
상기 지지대(30)는,
상기 배수로(50)를 가로질러 설치되고 상기 복수의 타공소수로(20)를 받쳐서 지지하는 수평지지대(31);
상기 배수로(50)내에서 수직으로 설치되고 상기 수평지지대(31)를 지지하는 수직지지대(32); 포함하여 구성되며,
상기 타공소수로(20)는 온배수를 강 또는 바다로 배수하기 위한 통로의 역할을 수행하던 기존의 상기 배수로(50)에 설치되는,
것을 특징으로 하는 온배수 냉각시스템.
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