KR102154514B1 - 발전소 폐열을 이용한 해수 담수화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전소 폐열을 이용한 해수 담수화 시스템로서, 스팀 터빈 발전 시 배출되는 스팀 폐열을 이용하여 해수를 증발시키고 다공성의 소수성 멤브레인(porous hydrophobic membrane)을 통해 수증기를 선택적으로 추출하여 이를 담수로 생산하는 해수 담수화 시스템이며, 이와 같은 본 발명에 의하면 증발법 적용에 따른 별도의 열원을 발전소에서 발생되는 폐열로 대체하여 열원 제공을 위한 시설과 비용 소요의 문제점을 해결하고, 역삼투법 적용 시 주기적인 막 교체에 따른 유지 비용과 높은 압력을 가압하는데 많은 에너지를 필요로 하는 문제점을 해결하여 운전 비용을 줄이고 담수 생산 프로세스를 간략히 할 수 있다.
또한, 온배수로 인한 열오염을 방지하여 발전소 주변 해양 생태계 교란을 예방하는데 기여할 수 있다.

Description

발전소 폐열을 이용한 해수 담수화 시스템 {System for Sea Water Desalination Using Waste Heat from Power Plant}
본 발명은 발전소 폐열을 이용한 해수 담수화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스팀 터빈 발전 시 배출되는 스팀 폐열을 이용하여 해수를 증발시키고 다공성의 소수성 멤브레인(porous hydrophobic membrane)을 통해 수증기를 선택적으로 추출하여 이를 담수로 생산하는 해수 담수화 시스템에 대한 것이다.
해수 담수화 기술은 지구상에 존재하는 물의 약 97%을 차지하는 해수 내 염분을 제거하여 인류가 사용할 수 있는 용수로 만들어줌으로써 물 부족 문제를 해결할 수 있는 기술이다.
해수 담수화 기술로는 증발법과 역삼투법이 대표적이다. 증발법은 다단플래쉬법(MSF, Multi-Stage Flash), 다중효용법(MED, Multi-Effect Distillation) 등이 있으며 중동을 중심으로 보급되어 있고 해수를 증발시켜야 하는 고온의 열원이 필요하여 많은 에너지(1.5-5.0kWhel/m3)가 요구된다는 단점이 있다.
역삼투법(RO, Reverse Osmosis)은 역삼투막(Semi-permeable membrane)과 해수의 삼투압 이상의 고압을 이용하여 해수 내 염분을 걸러내는 방식으로 에너지 소모(3-8kWhel/m3)가 크다. 또한 막 오염에 취약하여 주기적으로 막을 교체해야 하고 이를 개선하기 위한 전처리 공정이 필요하다.
화석연료를 사용하는 발전소는 증기터빈을 이용하여 발전하는데 이에 사용되고 배출된 증기는 복수기(condenser, 復水器)를 통하여 다시 액화되어 재사용된다. 이 때 복수기로 유입된 스팀은 복수기 내부를 흐르는 해수(냉각수)에 열을 빼앗겨 액화되고 반대로 복수기를 통과한 해수는 스팀으로부터 열을 받아 온도가 상승한 상태로 배수된다. 이러한 해수를 온배수라 하고 자연해수보다 온도가 높아 주변 해역에 생태계 교란을 일으키는 등 열오염을 야기하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 발전소에서 발생되는 폐열을 이용하여 해수를 증발시키고 이를 소수성 멤브레인으로 수증기만을 걸러내어 담수를 생산하는 방안을 제시하는 것을 주된 목적으로 한다.
특히, 증발법 적용에 따른 별도의 열원이 필요한 문제점을 해결하고, 역삼투법 적용을 위해 주기적인 막 교체에 따른 유지 비용과 높은 압력을 가압하는데 많은 에너지를 필요로 한다는 문제점을 해결하고자 한다.
또한, 온배수로 인한 열오염을 방지하여 주변 해양 생태계 교란을 예방하고자 한다.
상기 기술적 과제를 달성하고자 본 발명에 따른 해수 담수화 시스템은, 스팀 발전으로 발생되는 스팀 폐열을 이용하여 해수를 담수화시키는 해수 담수화 시스템에 있어서, 스팀 터빈 발전기의 가동에 따라 외부로 배출되는 스팀이 이송되며, 상기 스팀의 폐열이 전도되는 열전도부가 형성된 스팀 이송관; 해수가 충전되어 상기 스팀 이송관의 열전도부를 통해 상기 해수를 증발시키는 해수 증발로; 상기 해수 증발로 상의 수증기를 선택적으로 투과시키는 다공성의 소수성 멤브레인(porous hydrophobic membrane)이 장착된 수증기 필터; 상기 수증기 필터를 통과한 수증기가 흐르는 수증기 이송로; 및 상기 수증기 이송로의 끝단에 연결되어 상기 수증기 이송로로 흐르는 수증기를 응축시킨 응축수를 저장하는 응축수 저장 탱크를 포함할 수 있다.
일 실시 예로써, 상기 스팀 이송관은, 상기 해수 증발로의 하단부를 관통하며 상기 해수 증발로의 내부에 위치되는 부분이 열전도부로 형성되고, 상기 수증기 필터는, 상기 해수 증발로의 상단부에 배치되어 상기 해수 증발로 상에서 발생되는 수증기를 선택적으로 투과시킬 수 있다.
다른 실시 예로써, 상기 스팀 이송관은, 상기 스팀이 이송되는 관 전체가 상기 열전도부로 형성되며, 상기 수증기 필터는, 상기 멤브레인이 상기 스팀 이송관의 외면과 이격 거리를 두고 상기 스팀 이송관을 둘러싸는 관 형태로 형성되며, 상기 해수 증발로는, 상기 스팀 이송관과 상기 수증기 필터 사이의 이격 공간으로 형성되며, 상기 수증기 이송로는, 상기 수증기 필터와 이격 거리를 두고 상기 수증기 필터를 둘러싸는 관 형태로 형성될 수 있다.
바람직하게는 상기 스팀 이송관의 열전도부, 상기 해수 증발로, 상기 수증기 필터 및 상기 수증기 이송로를 포함하는 담수화 장치를 복수개 포함하며, 복수개의 상기 담수화 장치 각각의 상기 스팀 이송관은 직렬 연결될 수 있다.
나아가서 복수개의 상기 담수화 장치 각각의 상기 해수 증발로의 일단에 연결되어 상기 해수 증발로에 해수를 공급하는 해수 공급관을 더 포함하며, 복수개의 상기 담수화 장치 각각의 상기 수증기 이송로의 일단에 연결되어 상기 수증기 이송로의 수증기 또는 응축수를 상기 응축수 저장 탱크로 이송하는 응축수 이송관을 더 포함할 수도 있다.
한걸음 더 나아가서 복수개의 상기 담수화 장치 각각의 상기 해수 증발로는 직렬 연결되어 충전된 해수가 순환하는 하나 이상의 폐루프로 형성될 수도 있다.
또한 상기 수증기 이송로 또는 상기 해수 증발로에는 압력을 조절하는 압력 펌프가 더 포함될 수도 있다.
바람직하게는 복수개의 상기 담수화 장치 각각의 상기 수증기 이송로는 직렬 연결되어 하나의 관을 형성하되 시작단과 끝단이 상기 응축수 저장 탱크에 연결되며, 상기 응축 저장 탱크에 저장된 응축수를 상기 수증기 이송로로 형성되는 관으로 순환시키는 순환 펌프를 더 포함할 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 발전소에서 발생되는 폐열을 이용하여 해수를 증발시키고 이를 소수성 멤브레인으로 수증기만을 걸러내어 타 방식보다 상대적으로 저렴한 비용으로 담수를 생산할 수 있다.
특히, 증발법 적용에 따른 별도의 열원을 발전소 폐열로 대체하여 열원 제공을 위한 시설과 비용 소요의 문제점을 해결하고, 역삼투법 적용 시 삼투압 이상의 가압으로 인한 많은 에너지와 멤브레인 교체에 따른 운전비용을 줄이고 담수 생산 프로세스를 간략히 할 수 있다.
또한, 발전소 주변 해양에 온배수로 인한 열오염을 예방하는데 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해수 담수화 시스템의 개략적인 구성도를 도시하며,
도 2는 본 발명에 따른 해수 담수화 시스템의 동작 개념도를 도시하며,
도 3은 본 발명에 따른 해수 담수화 시스템의 제1 실시 예를 도시하며,
도 4는 상기 도 3의 제1 실시 예를 적용한 해수 담수화 시스템의 제2 실시 예를 도시하며,
도 5는 본 발명에 따른 해수 담수화 시스템의 제3 실시 예를 도시하며,
도 6은 상기 도 5의 제3 실시 예를 적용한 해수 담수화 시스템의 제4 실시 예를 도시한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 스팀 터빈 발전 시 배출되는 스팀 폐열을 이용하여 해수를 담수화시키는 해수 담수화 시스템을 개시한다.
도 1은 본 발명에 따른 해수 담수화 시스템의 개략적인 구성도를 도시한다.
본 발명에 따른 해수 담수화 시스템(100)은, 개략적으로 스팀 이송관(110), 해수 증발로(120), 수증기 필터(125), 수증기 이송로(130) 및 응축수 저장 탱크(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
스팀 이송관(110)은 터빈 발전기(미도시)의 가동에 따라 외부로 배출되는 스팀을 이송하는데, 이때 이송되는 스팀의 폐열이 관의 외부로 전도 가능하도록 열전도부(115)가 형성된다. 가령 스팀 이송관(110)에서 해수 담수화 프로세스가 진행되는 일부분만을 열전도도가 높은 구리 등의 물질로 열전도부(115)를 형성시킬 수 있는데, 일례로서 스팀 이송관(110)으로 동관 등을 적용하는 경우에 관 전체가 열전도부(115)로 형성될 수 있고 상황에 따라서는 동관의 필요한 부분만을 노출시켜 열전도부(115)로 적용시키고 나머지 부분은 열 노출이 되지 않도록 단열재로 감싸서 열효율을 높이면서 고열로 인한 위험 요소를 제거할 수 있다.
해수 증발로(120)는 해수가 충전되어 스팀 이송관(110)의 열전도부(115)를 통해 해수를 증발시키는데, 상황에 따라서는 해수를 순환시키는 폐루프 형태로 해수 증발로(120)를 형성시키며, 또한 해수 증발로(120)를 해수로 완충시켜 빈 공간이 생성되지 않는 조건을 형성시키는 것이 바람직하다.
수증기 필터(125)는 해수 증발로(120) 상의 수증기를 선택적으로 투과시키는 필터가 내장되는데, 바람직하게는 필터로서 다공성의 소수성 멤브레인(porous hydrophobic membrane)이 적용될 수 있다. 여기서 소수성 멤브레인은 일반적인 수증기나 공기를 여과 또는 통과를 시키지만 액체는 통과시키지 않는 방수 및 방유의 특성을 지닌 막으로서, 일례로 소수성 PTFE 멤브레인 등이 적용될 수 있으며, 서로 다른 종류의 멤브레인을 다수 겹쳐서 수증기 필터로 사용하거나 또는 복수의 멤브레인을 일정 간격씩 이격시켜서 수증기 필터로 사용할 수도 있다.
수증기 이송로(130)는 일면이 수증기 필터(125)로 형성되어 수증기 필터(125)를 통과한 수증기를 수집하여 이송하며, 수증기 이송로(130)의 끝단에는 수증기 이송로(130)를 통해 흐르는 수증기가 모여 응축된 응축수를 저장하는 응축수 저장 탱크(150)가 구비된다.
상황에 따라서는 수증기 이송로(130)의 시작단과 끝단을 응축수 저장 탱크(150)에 연결하여 하나의 폐루프 관 형태로 형성시키고 상기 폐루프 상에 순환 펌프(미도시)를 설치하여 응축수 저장 탱크(150) 상의 응축수, 즉 담수를 폐루프 상에 순환시켜서 수증기 이송로(130)에 수집되는 수증기를 더욱 용이하게 응축시키면서 효과적으로 응축수를 모을 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 해수 담수화 시스템의 동작 개념을 도 2를 참조하여 살펴보면, 스팀 터빈 발전 등으로 발생되는 스팀을 스팀 이송관(110)을 통해 이송시키면서 스팀의 폐열이 스팀 이송관(110)의 열전도부(115)로 열을 전도하여 스팀 이송관(110)의 열전도부(115)가 가열된다. 그러면 스팀 이송관(110)의 열전도부(115)와 맞닿은 해수 증발로(120) 상의 해수가 스팀 이송관(110)의 열전도부(115)의 열로 가열되고 이로 인해 기화되어 수증기가 발생되며, 발생된 수증기는 해수 증발로(120)를 따라 이동하면서 수증기 필터(125)를 통과하여 수증기 이송로(130)로 이동한다. 즉, 해수 증발로(120)의 일면이 소수성의 멤브레인을 포함하는 수증기 필터(125)로 형성되어 해수 증발로(120) 상의 수증기만을 선택적으로 투과시켜 수증기 필터(125)의 반대면에 형성된 수증기 이송로(130)로 수증기만 이송된다.
상기 도 1 및 도 2에서와 같이 해수 증발로(120)의 일면은 스팀 이송관(110)의 열전도부(115)로 형성되고 타면은 수증기 필터(125)로 형성되어, 스팀 이송관(110)의 열전도부(115)와 수증기 필터(125) 사이의 공간이 해수 증발로(120)로 형성될 수 있다.
그리고 해수 증발로(120)는 전체 공간이 해수로 충전되어 빈 공간을 발생시키지 않음으로써 해수 증발로(120) 상의 해수 압력을 용이하게 조절하여 보다 효과적으로 해수를 기화시킬 수 있다.
즉, 해수 증발로(120)를 해수로 완충시켜서 빈 공간을 생성되지 않는 상태로 해수 증발로(120)의 내부 공간을 형성시키고, 해수 증발로(120) 상에 압력 펌프(미도시)를 설치함으로써 해수 증발로(120) 상의 압력 조절이 용이해지며, 해수 증발로(120)의 압력을 조절하여 해수의 기화점을 끌어내릴 수 있어 보다 용이하게 수증기를 발생시킬 수 있다. 또한 수증기 필터(125)를 중심으로 해수 증발로(120)와 수증기 이송로(130)의 압력을 상이하게 형성시켜서 보다 효과적으로 수증기 필터(125)를 통해 수증기 이송로(130)로 수증기를 이동시킬 수 있는데, 가령 해수 증발로(120) 또는 수증기 이송로(130) 중 어느 하나나 둘 모두에 압력 펌프를 설치하여 수증기 이송로(130)의 압력을 해수 증발로(120)보다 상대적으로 낮추어 압력차에 따라 해수 증발로(120) 상의 수증기를 수증기 필터(125)를 통해 수증기 이송로(130)로 효과적으로 이동시킬 수 있게 된다.
본 발명에서는 상기 도 2를 통해 살펴본 원리로 해수 담수화 프로세스를 진행하는 해수 담수화 시스템을 제시하는데, 세부적인 구성에 대하여 이하의 실시 예를 통해 보다 자세히 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 해수 담수화 시스템의 제1 실시 예를 도시한다.
상기 도 3의 제1 실시 예에서는 메인 관(240) 내부에 각 구성을 위치시켰는데, 메인 관(240)은 개략적으로 수증기 필터(225)를 기준으로 해수 증발로(220)와 수증기 이송로(230)로 구획된다.
그리고 스팀 이송관(110)이 해수 증발로(220)의 내부 공간 상을 관통하여 지나가는데, 이때 스팀 이송관(110)은 해수 증발로(220)의 내부 공간 상에 위치되는 전체 관이 열전도부(215)로 형성된다. 즉, 스팀 이송관(110)을 열전도율이 높은 동관으로 적용하여 관 전체가 열전도부(215)로서 기능하게 된다.
해수 증발로(220)에는 해수가 충전되며, 해수를 순환시키는 일종의 순환 관으로 형성시킬 수 있으며, 이에 대응하여 수증기 이송로(230) 또한 수증기를 이송시키는 관으로 형성될 수 있으며, 수증기 이송로(230)의 끝단은 수증기 또는 수증기가 응축된 응축수가 수집되는 응축수 저장 탱크(미도시)에 연결된다.
상기 도 3의 실시 예는 본 발명에 따른 해수 담수화 시스템의 일부분과 절단 사시도만을 도시하였는데, 상기 도 3에서 메인 관(240)은 그 길이를 최대화시킬 수 있도록 곡선이나 루프 형태로 형성되어 설치될 수 있으며, 또한 메인 관(240)을 폐루프 형태로 구성시켜 이에 포함되는 해수 증발로(220) 또한 해수가 순환하는 폐루프 형태가 됨에 따라 순환되는 해수의 온도를 유지시켜서 해수의 기화를 더욱 효과적으로 유도할 수 있다.
이와 같이 메인 관(240)을 폐루프 형태로 구성하는 경우에 일측과 타측에는 스팀 이송관(210)이 해수 증발로(220)의 내부 공간 상으로 관통할 수 있도록 관통홀이 형성될 수 있으며, 해수 증발로(220) 상의 해수가 증발함에 따른 부족분을 보충하기 위한 해수 공급로가 메인 관(240)의 중단에 형성되어 해수 증발로(220) 상에 해수를 보충시킬 수 있다.
그리고 메인 관(240) 상의 수증기 이송로(230) 시작단과 끝단을 각각 응축수 저장 탱크에 연결시켜 수증기 이송로(230)와 응축수 저장 탱크로 폐루프를 형성시킬 수 있으며, 상황에 따라서는 응축수 저장 탱크 부분에 순환 펌프를 설치하여 응축수 저장 탱크의 응축수를 폐루프 상에 순환시켜서 수증기 이송로(230)에 수집되는 수증기를 더욱 용이하게 응축시키면서 효과적으로 응축수를 모을 수도 있다.
상기 도 3의 해수 담수화 시스템의 제1 실시 예는 설명의 편의를 위해서 주된 일부분만을 도시하고 설명한 것으로서, 이와 같은 단면 구조를 유지하면서 다양한 길이와 형태로 변형될 수 있다.
도 4는 상기 도 3의 제1 실시 예를 적용한 해수 담수화 시스템의 제2 실시 예를 도시한다.
상기 도 4의 제2 실시 예에서는 복수개의 해수 담수화 장치(300a, 300b, 300c)를 배치하였는데, 여기서 해수 담수화 장치(300a, 300b, 300c) 각각은 앞서 상기 도 3의 제1 실시 예의 일부분을 포함하는 구조로서, 설치되는 개수는 상황에 따라서 적절히 선택될 수 있을 것이다.
상기 도 4의 부분 절단 사시도를 살펴보면, 해수 담수화 장치(300a, 300b, 300c) 각각은 메인 관(340)의 내부가 수증기 필터(325)를 통해 해수 증발로(320)와 수증기 이송로(330)로 구획되며, 해수 증발로(320) 내부 공간을 관통하여 스팀 이송관(310)이 배치된다. 이와 같은 구조와 그에 따른 동작은 앞서 실시 예를 통해 살펴보았으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 담수화 장치(300a, 300b, 300c)의 메인 관(340)은 밀폐된 공간을 갖는 일종의 챔버로서, 그 공간 내에 각각의 구성이 위치되며, 스팀 이송관(310)은 각각의 담수화 장치(300a, 300b, 300c)의 메인 관(340) 상 해수 증발로(320)를 관통하면서 하나의 직렬 연결된 관으로 형성된다.
그리고 담수화 장치(300a, 300b, 300c)의 메인 관(340) 하단부에 위치된 해수 증발로(320)에는 해수가 충전되며, 해수 담수화 프로세스의 진행에 따라 수증기로 빠져나간 부족분을 보충하기 위해서 각각의 해수 증발로(320)에는 해수 공급관(360)이 연결된다. 나아가서 상기 도 5에서는 각각의 해수 증발로(320)가 별개로 분리되어 해수가 순환하지 않는 구조로 도시되었으나, 상황에 따라서는 스팀 이송관(310)의 구조와 같이 각각의 해수 증발로(320)가 상호 직렬 연결되도록 인접한 해수 증발로(320) 간이 해수 공급관(360)으로 연결되어 폐루프로 형성될 수도 있다.
또한 담수화 장치(300a, 300b, 300c)의 메인 관(340) 상단부에 위치된 수증기 이송로(330)에는 수증기 필터(325)를 통과한 해수 증발로(320) 상의 수증기가 모이며, 각각의 수증기 이송로(330)에는 응축수 이송관(370)이 연결되어 응축수 이송관(370)의 끝단에 연결된 응축수 저장 탱크(미도시)로 수증기 이송로(330) 상의 수증기가 이송된다. 나아가서 상기 도 5에서는 각각의 수증기 이송로(330)가 별개로 분리되어 수증기가 순환하지 않는 구조로 도시되었으나, 상황에 따라서는 스팀 이송관(310)의 구조와 같이 각각의 수증기 이송로(330)가 상호 직렬 연결되도록 인접한 수증기 이송로(330) 간이 응축수 이송관(370)으로 연결되며, 응축수 이송관(370)의 시작단과 끝단이 응축수 저장 탱크(미도시)에 연결되어 하나의 폐루프 구조로 형성될 수도 있다. 이와 같은 경우에는 응축수 저장 탱크나 수증기 이송로(330)와 응축수 이송관(370)으로 이루어지는 폐루프 상에 순환 펌프를 설치하여 응축수 저장 탱크 상의 담수를 순환시켜서 수증기 이송로(330) 상의 수증기를 응축시키면서 더욱 용이하게 수집할 수도 있다.
한걸음 더 나아가서 담수화 장치(300a, 300b, 300c)의 각각의 메인 관(340)에는 해수 증발로(320)와 수증기 이송로(330) 상의 압력을 조절하는 압력 펌프가 설치될 수도 있으며, 상기 압력 펌프를 통해 해수 증발로(320)와 수증기 이송로(330)의 압력을 상이하게 조절함으로써 해수 증발로(320) 상의 수증기를 더욱 효과적으로 수증기 이송로(330)로 이송시킬 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 따른 해수 담수화 시스템의 제3 실시 예를 도시한다.
상기 도 5의 제3 실시 예에서는 메인 관(400)의 내부 중심으로부터 외측을 향해 순차적으로 스팀 이송관(410), 해수 증발로(420) 및 수증기 이송로(330)가 형성된다.
스팀 이송관(410)은 스팀이 이송되는 관 전체가 열전도부(415)로 형성되어 이송되는 스팀의 폐열이 스팀 이송관(410)의 전체로 전도되며, 예를 들어 열전도율이 높은 동관 등을 바로 적용할 수 있다.
그리고 스팀 이송관(410)의 외면과 이격 거리를 두고 스팀 이송관(410)을 둘러싸는 관 형태로 소수성 멤브레인을 포함하는 수증기 필터(425)를 형성시켜 스팀 이송관(410)과 수증기 필터(425)의 이격 공간이 해수 증발로(420)로 형성된다.
또한 수증기 필터(425)와 이격 거리를 두고 수증기 필터(425)를 둘러싸도록 메인 관(400)이 위치되어 최외각의 메인 관(400)과 수증기 필터(425) 사이의 공간이 수증기 이송로(430)로 형성되며, 수증기 이송로(430)의 끝단은 응축수 저장 탱크(미도시)에 연결된다.
상기 도 5의 제3 실시 예에서와 같이 스팀 이송관(410)의 외부 전체에 해수가 흐르고 있어 해수의 기화를 더욱 효과적으로 유발시키면서 동시에 해수 증발로(420)를 둘러싸며 수증기 필터(425)가 설치됨으로써 해수 증발로(420) 상의 어느 공간에서 발생되는 수증기도 효과적으로 수증기 필터(425)를 통과하여 수증기 이송로(430)로 이송될 수 있어 그 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.
앞서 상기 도 3의 제1 실시 예에서와 같이 해수 증발로(420)는 폐루프로 형성되고 부족분의 해수를 보충하는 해수 보충관이 연결될 수도 있으며, 수증기 이송로(430)의 시작단과 끝단이 응축수 저장 탱크에 연결되어 응축수가 순환하면서 수증기 이송로(430) 상의 수증기를 더욱 효과적으로 수집할 수도 있다. 또한 해수 증발로(420)와 수증기 이송로(430)에는 선택적으로 압력 펌프가 설치되어 해수 증발로(420)와 수증기 이송로(430) 간의 압력 차이를 통해 해수 증발로(420)를 수증기 이송로(430)로 더욱 효과적으로 이송시킬 수도 있다.
상기 도 5의 해수 담수화 시스템의 제3 실시 예는 설명의 편의를 위해서 주된 일부분만을 도시하고 설명한 것으로서, 이와 같은 단면 구조를 유지하면서 다양한 길이와 형태로 변형될 수 있다.
도 6은 상기 도 5의 제3 실시 예를 적용한 해수 담수화 시스템의 제4 실시 예를 도시한다.
상기 도 6의 제3 실시 예에서는 복수개의 해수 담수화 장치(500a, 500b, 500c, 500d)를 배치하였는데, 여기서 해수 담수화 장치(300a, 300b, 300c) 각각은 앞서 상기 도 3의 제1 실시 예의 일부분을 포함하는 구조로서, 설치되는 개수는 상황에 따라서 적절히 선택될 수 있을 것이다.
상기 도 6의 부분 절단 사시도를 살펴보면, 해수 담수화 장치(500a, 500b, 500c, 500d) 각각은 최외각의 메인 관(540)의 내부 중심으로부터 외부를 향해 순차적으로 스팀 이송관(410), 해수 증발로(420) 및 수증기 이송로(330)가 형성된다. 이 구조는 앞서 상기 도 5의 제3 실시 예에서 살펴본 내용을 참고하기로 하고 자세한 설명은 생략한다.
여기서, 담수화 장치(500a, 500b, 500c, 500d)의 메인 관(540)은 내부 공간을 갖는 일정 길이의 밀폐 관으로서, 그 공간 내에 각각의 구성이 위치되며, 스팀 이송관(510)은 각각의 담수화 장치(500a, 500b, 500c, 500d)의 해수 증발로(520)를 관통하면서 하나의 직렬 연결된 관으로 형성된다.
그리고 담수화 장치(500a, 500b, 500c, 500d)의 스팀 이송관(510)과 스팀 이송관(510)을 둘러싸는 수증기 필터(525) 사이의 공간이 해수 증발로(520)로 형성되어 그 내부에 충전되어 흐르며, 해수 담수화 프로세스의 진행에 따라 수증기로 빠져나간 부족분을 보충하기 위해서 각각의 해수 증발로(520)에는 해수 공급관(560)이 연결된다.
또한 담수화 장치(500a, 500b, 500c, 500d)의 메인 관(540)과 수증기 필터(525) 사이의 공간으로 형성된 수증기 이송로(530)에는 해수 증발로(520) 상의 수증기가 수증기 필터(525)를 통과하여 모이며, 각각의 수증기 이송로(530)에는 응축수 이송관(570)이 연결되어 응축수 이송관(570)의 끝단에 연결된 응축수 저장 탱크(미도시)로 수증기 이송로(530) 상의 수증기가 이송된다.
나아가서 상기 도 6에서는 각각의 메인 관(540)이 분리되어 해수 증발로(520)와 수증기 이송로(530)가 담수화 장치(500a, 500b, 500c, 500d) 각각마다 별개로 구성됨으로써 해수와 수증기가 순환하지 않는 구조로 도시되었으나, 상황에 따라서는 스팀 이송관(510)의 구조와 같이 각각의 해수 증발로(520) 또는 수증기 이송로(530)가 상호 직렬 연결되어 폐루프를 형성할 수도 있으며, 더 나아가서는 메인 관(540) 자체가 지그재그 형태의 길 폐루프로 형성될 수도 있다.
또한 수증기 이송로(530), 응축수 이송관(570) 및 응축수 저장 탱크(미도시)가 서로 연결되어 하나의 폐루프 구조로 형성되는 경우에는 응축수 저장 탱크나 수증기 이송로(530)와 응축수 이송관(570)으로 이루어지는 폐루프 상에 순환 펌프를 설치하여 응축수 저장 탱크 상의 담수를 순환시켜서 수증기 이송로(530) 상의 수증기를 응축시키면서 더욱 용이하게 수집할 수도 있다.
한걸음 더 나아가서 담수화 장치(500a, 500b, 500c, 500d)의 각각의 메인 관(540)에는 해수 증발로(520)와 수증기 이송로(530) 상의 압력을 조절하는 압력 펌프가 설치될 수도 있으며, 상기 압력 펌프를 통해 해수 증발로(520)와 수증기 이송로(530)의 압력을 상이하게 조절함으로써 해수 증발로(520) 상의 수증기를 더욱 효과적으로 수증기 이송로(530)로 이송시킬 수도 있다.
이상에서 살펴본 본 발명에 따른 해수 담수화 시스템에 의하면, 증발법 적용에 따른 별도의 열원을 발전소에 발생되는 폐열로 대체하여 열원 제공을 위한 시설과 비용 소요의 문제점을 해결하고, 역삼투법 적용 시 삼투압 이상의 가압으로 인한 많은 에너지와 멤브레인 교체에 따른 비용 소모를 줄이고 담수 생산 프로세스를 간략히 할 수 있다.
또한, 발전소 주변 해양에 온배수로 인한 열오염을 예방하는데 기여할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500 : 해수 담수화 시스템.
300a, 300b, 300c, 500a, 500b, 500c, 500d : 해수 담수화 장치,
110, 210, 310, 410, 510 : 스팀 이송관,
115, 215, 415 : 열전도부,
120, 220, 320a, 420, 520 : 해수 증발로,
125, 225, 325a, 425, 525 : 수증기 필터,
130, 230, 330a, 430, 530 : 수증기 이송로,
240, 340, 440, 540 : 메인 관,
150 : 응축수 저장 탱크,
360, 560 : 해수 공급관,
370, 570 : 응축수 이송관.

Claims (8)

  1. 시스템에 있어서,
    스팀 터빈 발전기의 가동에 따라 외부로 배출되는 스팀이 이송되며, 상기 스팀의 폐열이 전도되는 열전도부가 형성된 스팀 이송관;
    해수가 충전되어 상기 스팀 이송관의 열전도부를 통해 상기 해수를 증발시키는 해수 증발로;
    상기 해수 증발로 상의 수증기를 선택적으로 투과시키는 다공성의 소수성 멤브레인(porous hydrophobic membrane)이 장착된 수증기 필터;
    상기 수증기 필터를 통과한 수증기가 흐르는 수증기 이송로; 및
    상기 수증기 이송로의 끝단에 연결되어 상기 수증기 이송로로 흐르는 수증기를 응축시킨 응축수를 저장하는 응축수 저장 탱크를 포함하며,
    상기 스팀 이송관은, 상기 스팀이 이송되는 관 전체가 상기 열전도부로 형성되며, 상기 수증기 필터는, 상기 멤브레인이 상기 스팀 이송관의 외면과 이격 거리를 두고 상기 스팀 이송관을 둘러싸는 관 형태로 형성되며, 상기 해수 증발로는, 상기 스팀 이송관과 상기 수증기 필터 사이의 이격 공간으로 형성되며, 상기 수증기 이송로는, 상기 수증기 필터와 이격 거리를 두고 상기 수증기 필터를 둘러싸는 관 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스팀 이송관의 열전도부, 상기 해수 증발로, 상기 수증기 필터 및 상기 수증기 이송로를 포함하는 담수화 장치를 복수개 포함하며,
    복수개의 상기 담수화 장치 각각의 상기 스팀 이송관은 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    복수개의 상기 담수화 장치 각각의 상기 해수 증발로의 일단에 연결되어 상기 해수 증발로에 해수를 공급하는 해수 공급관을 더 포함하며,
    복수개의 상기 담수화 장치 각각의 상기 수증기 이송로의 일단에 연결되어 상기 수증기 이송로의 수증기 또는 응축수를 상기 응축수 저장 탱크로 이송하는 응축수 이송관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    복수개의 상기 담수화 장치 각각의 상기 해수 증발로는 직렬 연결되어 충전된 해수가 순환하는 하나 이상의 폐루프로 형성된 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 수증기 이송로 또는 상기 해수 증발로 상에 설치되어 압력을 조절하는 압력 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    복수개의 상기 담수화 장치 각각의 상기 수증기 이송로는 직렬 연결되어 하나의 관을 형성하되 시작단과 끝단이 상기 응축수 저장 탱크에 연결되며,
    상기 응축수 저장 탱크에 저장된 응축수를 상기 수증기 이송로로 형성되는 관으로 순환시키는 순환 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
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