KR102646589B1 - 해수 담수화 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수 담수화 설비에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 해수를 증발시켜 해수로부터 기체를 생성하는 기체생성부; 상기 기체생성부에서 기체를 제공받은 후에 상기 기체를 응축시켜 담수를 생성하는 응축부; 해수의 증발에 의하여 상기 응축부의 온도를 낮추는 냉각부; 상기 응축부에 연결되고 응축부를 통과한 기체가 저장되는 기체저장부; 상기 기체저장부에 저장된 기체를 외부로 배출하기 위한 진공펌프; 및 응축부 내의 기체압력과, 기체저장부 내의 기체압력의 차이가 소정범위 이내인 경우 진공펌프를 동작시켜 기체저장부 내부의 기체를 외부로 배출하게 하는 제어부를 포함하되, 상기 응축부는, 기체가 내부를 통과하며 지그재그 형태의 응축관을 포함하고, 상기 냉각부는, 상기 응축관의 외면에 해수를 공급하여 응축관 표면에서 해수가 증발하면서 응축관의 온도를 낮추게 하는 해수 담수화 설비에 대한 것이다.

Description

해수 담수화 설비{Seawater-desalination apparatus}

본 발명은 해수 담수화 설비로서, 자연의 에너지를 이용하여 에너지 효율을 높이고, 담수, 소금 및 미네랄을 함께 얻을 수 있어서 해양오염을 방지하는 해수 담수화 설비에 대한 것이다.

전세계적으로 인구의 증가가 계속되고 지구상의 담수 자원은 한정되어 있기 때문에 인류가 사용하기 위한 담수를 효율적으로 확보하기 위한 노력이 계속해서 진행되고 있다. 지구상의 물 중 97% 이상은 해수의 형태로 존재하기 때문에 물 부족 현상을 해결하기 위한 근본적인 방법으로, 해수에 녹아있는 용질을 분리하는 해수담수화 기술이 연구되고 있다.

해수로부터 담수를 획득하기 위해서는 해수에 용존되어 있거나 부유하는 성분들을 용수 및 음용수 기준에 적합하도록 제거해야 한다. 해수를 담수화하기 위한 일반적인 공정으로는 증발법, 막분리법, 전기 투석법, 냉동법 등이 알려져 있으며 가장 널리 적용되고 있는 기술은 증발법과 막 분리법이다.

증발법에는 다단 플래쉬법(multiple stage flash, MSF), 다단 효용 증발법(multiple effect distillation, MED) 등이 주로 사용된다. 상술된 공정들은 비교적 일찍부터 널리 사용되고 있는 공정으로서, 에너지 소모량이 많은 점, 고온 운전에 의한 부식이 크고 생산설비 면적이 넓은 점, 초기 투자비가 많이 들어가는 점 등의 단점들이 있다. 이에 따라, 에너지가 풍부한 중동지역에서 대규모 해수담수화 설비에 주로 사용된다.

막분리법의 대표적인 방법인 역삼투법은 해수에 함유되어 있는 성분을 역삼투막을 이용해 이온성 물질과 순수한 물을 분리시키는 방법이며, 이와 같이 해수로부터 이온성 물질과 순수한 물을 분리시키기 위해서는 삼투압 이상의 높은 압력을 필요로 하는 데 이때의 압력을 역삼투압이라 한다. 일반적으로 고압펌프를 사용하기 때문에 해수의 담수화에 상당한 에너지가 소모되는 단점이 있으며, 대규모 담수화 처리 방법인 경우 초기 투자비가 많이 소요되고, 유기 또는 무기물에 의한 파울링(fouling) 방지를 위해 전처리에 상당한 주의가 필요한 문제가 있다.

이에 따라, 종래의 해수-담수화 기술들의 문제점을 해결하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 스케일 문제를 사전에 예방할 수 있는 전처리를 도입함으로써 기존 해수담수방법에 비하여 저압으로 공정 운전이 가능한, 해수 담수화 방법 및 장치가 알려져 있다. 또한, 시스템 전체의 담수 회수율을 증가시키고, 나아가 공정 중 사용되는 분리막의 수명을 향상시킬 수 있는 해수 담수화 방법 및 장치가 개시되어 있다. 또한, 시스템 운전비용을 절감시키고, 에너지 효율 및 생산 효율을 높인 해수 담수화 방법 및 장치가 개시되어 있다.

이러한 종래의 해수 담수화 설비들은, 모두 해수를 담수로 변환하기 위하여 많은 에너지를 소모하거나 설비 중 일부를 지속적으로 교체해줘야 해서, 전체적으로 많은 비용이 소요된다는 단점이 있으며, 이러한 단점으로 인하여 담수화에 많은 노력과 자원이 필요하다는 문제가 있게 된다.

더욱이 종래의 해수 담수화 설비에서는 용질을 분리하여 담수를 얻은 후에 남은 해수를 재활용하지 못하고 바다에 그대로 버리고 있어서 해양환경을 오염시키는 문제도 있게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 자연의 에너지를 이용하여 에너지 효율을 높일 수 있고, 담수, 소금 및 미네랄을 동시에 얻어낼 수 있어서 해양오염을 방지할 수 있는 해수 담수화 설비를 제공하는 것을 기술적 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해수 담수화 설비는,

해수를 증발시켜 해수로부터 기체를 생성하는 기체생성부;

상기 기체생성부에서 기체를 제공받은 후에 상기 기체를 응축시켜 담수를 생성하는 응축부;

해수의 증발에 의하여 상기 응축부의 온도를 낮추는 냉각부;

상기 응축부에 연결되고 응축부를 통과한 기체가 저장되는 기체저장부;

상기 기체저장부에 저장된 기체를 외부로 배출하기 위한 진공펌프; 및

응축부 내의 기체압력과, 기체저장부 내의 기체압력의 차이가 소정범위 이내인 경우 진공펌프를 동작시켜 기체저장부 내부의 기체를 외부로 배출하게 하는 제어부를 포함하되,

상기 응축부는,

기체가 내부를 통과하며 "U자 형태로 굴곡진 형상을 포함하는 응축관이 구비되고,

상기 냉각부는,

상기 응축관의 외면에 해수를 공급하여 응축관 표면에서 해수가 증발하면서 응축관의 온도를 낮추게 한다.

상기 해수 담수화 설비에서,

상기 응축관은,

그 내부로 기체가 이동하는 복수의 파이프가 상호 연결될 수 있다.

상기 해수 담수화 설비에서,

각각의 파이프의 하단에는 담수를 담수 보관조로 이동시키기 위한 담수이동관이 연결될 수 있다.

상기 해수 담수화 설비에서,

상기 냉각부는,

각각의 파이프 상단에 배치되어 파이프의 외주면에 파이프의 길이방향을 따라서 해수가 흘러내릴 수 있게 하는 증발용 해수공급부와,

각각의 파이프 하단에 배치되어 증발되지 않은 잔존하는 해수를 저장하는 증발용 해수저장부와,

상기 증발용 해수저장부에 저장된 해수저장조로 이동시키기 위한 해수 이동관을 포함할 수 있다.

상기 해수 담수화 설비에서,

상기 증발용 해수공급부와, 증발용 해수저장부 사이에는 파이프 외주면을 감싸면서 증발용 해수공급부에서 공급된 해수를 흡수하는 증발천을 더 포함할 수 있다.

상기 해수 담수화 설비에서,

상기 기체생성부는,

해수가 내부에서 증발하는 증발부와, 열원과 열교환하여 온도가 상승된 해수를 증발부로 제공하는 열교환부와, 상기 증발부에서 증발된 증기를 응축부로 제공하기 위한 기체공급관을 포함할 수 있다.

상기 해수 담수화 설비에서,

상기 증발부는,

내부에 해수가 채워지는 수용공간이 마련되며 일측에 열교환부가 삽입된 증발본체와, 증발본체 내부의 해수의 수위를 측정하는 수위측정센서를 포함하고,

상기 열교환부는,

일단이 상기 증발본체 내부에 삽입된 상태에서 타단이 증발본체 외부로 돌출된 열교환파이프와, 상기 열교환파이프가 내부에 삽입되고 열교환파이프 내의 해수와 열교환하는 열원이 내부에 채워진 열원부를 포함할 수 있다.

상기 해수 담수화 설비에서,

상기 증발본체의 하부에는,

증발에 의하여 농축된 해수가 저장되는 농축해수 저장부가 연결될 수 있다.

상기 해수 담수화 설비에서,

상기 열원부는,

복수개가 수평방향으로 연장된 루프형태의 열원파이프와, 상기 열원파이프의 모서리를 각각 연결하는 열공급관과, 열원파이프와 열공급관 내부에 채워지는 열원제공수를 포함하되,

상기 열교환파이프는, 상기 열공급관 내부에 삽입될 수 있다.

상기 해수 담수화 설비에서,

상기 응축부와, 기체저장부는 기체연결라인에 의하여 연결되어 있으며, 상기 기체연결라인에는 기체의 흐름을 단속하는 밸브가 형성되며,

상기 제어부는, 응축부의 기체온도가 소정범위 이하로 낮아지는 경우 밸브를 동작시켜 응축부 내부의 기체가 상기 기체저장부로 이동하게 할 수 있다.

상기 해수 담수화 설비에서,

상기 기체저장부에는, 기체 중 수분만을 제거하기 위한 수분제거제가 마련될 수 있다.

상기 해수 담수화 설비에서,

상기 기체저장부에는, 수분을 흡수한 수분제거제 용액이 배출되는 습기제거용액 배출관이 마련될 수 있다.

상기 해수 담수화 설비에서,

해수를 증발시켜 해수로부터 기체를 생성하는 기체생성부;

상기 기체생성부에서 기체를 제공받은 후에 상기 기체를 응축시켜 담수를 생성하는 응축부;

응축부를 감싸는 증발천에 흡수된 해수의 증발에 의하여 상기 응축부의 온도를 낮추기 위한 냉각부;

상기 응축부에 연결되고 응축부를 통과한 기체가 저장되는 기체저장부;

상기 기체저장부에 저장된 기체를 외부로 배출하기 위한 진공펌프; 및

응축부 내의 기체압력과, 기체저장부 내의 기체압력의 차이가 소정범위 이내인 경우 진공펌프를 동작시켜 기체저장부 내부의 기체를 외부로 배출하게 하는 제어부를 포함하되,

상기 응축부는,

기체가 내부를 통과하며 "U" 형상을 포함하는 응축관이 마련되고, 상기 응축관은 그 내부로 기체가 이동하는 복수의 파이프가 상호 연결될 수 있다.

상기 해수 담수화 설비에서,

각 파이프의 하단에는 담수를 이동시키기 위한 담수이동관이 연결되고,

상기 담수이동관에는 담수를 담수이동관을 통하여 이동가능하게 하기 위한 보상회로가 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 해수 담수화 설비는, 자연의 에너지를 그대로 활용하여 응축부 내의 해수 수증기를 담수화함으로서 에너지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 담수를 얻은 후에 남은 농축해수를 활용하여 소금이나 미네랄을 얻을 수 있어서 친환경적이고, 농축해수를 바다에 버리지 않게 되어 해양오염을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 설비를 배면 사시도.
도 2는 도 1의 "A" 부분 확대도.
도 3는 도 1의 전면사시도.
도 4은 도 1의 측면사시도.
도 5는 도 1의 해수 담수화 설비의 평면도.
도 6는 도 1의 해수 담수화 설비의 일부 분리사시도.
도 7은 도 6의 "B"부분 확대도.
도 8은 도 1의 해수 담수화 설비의 측면도.
도 9은 도 8의 Ⅸ-Ⅸ단면도.
도 10은 도 8의 Ⅹ-Ⅹ단면도.
도 11는 도 1의 해수 담수화 설비의 제어 블럭도.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

본 발명에 따른 해수 담수화 설비는, 태양열과, 바람에 의하여 응축관 외부를 흐르는 해수가 증발하는 과정에서 발생하는 냉각효과를 이용하여 응축관 내부를 흐르는 해수 수증기가 응축관에서 담수화되도록 응축되게 함으로서, 해수 담수화를 위한 에너지 사용을 최소화할 수 있게 하는 장치에 대한 것이다.

이러한 해수 담수화 설비에서, 해수는 진공상태에 있는 기체생성부 내부에서 수증기화되는데, 해수는 외부 열에 의하여 온도가 상승된 열원과 열교환에 의하여 온도가 상승됨으로서 보다 많은 양의 해수가 쉽게 수증기화될 수 있게 한다.

또한 본 발명에서 해수 담수화 설비는, 해수가 기체화되는 과정에서 발생되는 증기 이외에 질소, 산소와 같은 응축에 방해되는 가스는 별도의 기체저장부에 저장하고 진공펌프를 통하여 외부로 배출하게 함으로서 응축효율이 시간이 지남에 따라서 저하되는 것을 최소화할 수 있게 함으로서 적은 에너지로 담수효율을 높일 수 있게 한다.

또한, 본 발명에서 기체생성부에는 해수의 증발에 의하여 농축되는 해수를 저장하는 농축해소 저장부가 마련되어 있어서, 해수에 잔존하는 소금이나 기타 필요한 미네랄을 쉽게 획득할 수 있게 함으로서 이를 수익으로 삼아서 전체적인 해수 담수화 비용을 보다 낮게 유지할 수 있게 한다.

결국, 본 발명은 해수를 담수화하는 과정에서 필요한 에너지를 주로 태양열과, 바람에 의존하여 획득하고 이러한 자연에너지를 이용하여 담수화하는데 활용함으로서 담수화에 필요한 에너지를 효과적으로 감소시킬 수 있게 하고, 담수화과정에서 발생되는 소금, 미네랄은 별도로 수집하여 이를 활용가능하게 함으로서 해수 담수화에 필요한 전체적인 비용을 절감시킬 수 있다. 또한, 고농축화된 해수를 바다에 투기하지 않을 수 있어서 해양오염이 방지된다.

이러한 본 발명의 해수 담수화 설비에 대해서는 아래에서 도면을 참고하면서 상세하게 설명하겠다.

본 발명의 해수 담수화 설비(1)는, 기체생성부(10), 응축부(20), 냉각부(30), 기체저장부(40), 진공펌프(50), 제어부(60)를 포함하여 구성된다.

상기 기체생성부(10)는, 해수를 증발시켜 해수로부터 기체를 생성하는 것이다. 이러한 기체생성부(10)는, 증발부(11), 열교환부(12), 기체공급관(13)을 포함하여 구성된다.

상기 증발부(11)는, 한 쌍의 원판(111a)과, 상기 원판(111a)의 가장자리를 연결하는 측벽부(111b)를 포함하여 전체적으로 세워진 원통형태로 이루어지는 증발본체(111)를 포함한다. 이러한 증발본체(111)의 내부에는 해수가 채워지는 수용공간이 마련된다. 증발본체(111)에는 중간높이로 해수가 채워져 있으며 해수는 증발부(11) 내에서 물성분만이 증발하여 수증기화될 수 있도록 구성된다.

이러한 증발본체(111)에서 원판(111a)의 중앙부분에는 열교환부(12)가 삽입되어 있게 된다. 또한, 측벽부(111b)의 일측 중간위치에는 담수용 해수저장조(70)와 연결되는 담수용 해수이동관(112)이 연결되어 있게 된다. 해수는 상기 담수용 해수이동관(112)을 따라 이동되어 상기 증발부(11) 내에 저장된다. 상기 담수용 해수저장조(70)는 해수가 저장된 해수용기(71)에 연결되어 해수용기(71)로부터 필요한 양의 해수를 공급받도록 구성된다.

상기 측벽부(111b)의 타측 중간위치에는 증발부(11) 내의 해수의 수위를 확인하기 위한 수위측정센서(113)가 마련되어 있게 된다. 증발부(11) 내에서 해수의 수위가 일정 이하로 유지되는 경우 수위측정센서(113)가 이를 인식하여 담수용 해수저장조(70)로부터 해수가 공급될 수 있게 한다.

상기 측벽부(111b)의 일측 상부에는 압력센서(114)가 마련되어 있어서 증발부(11) 내의 기체에 의한 증기압력을 측정하게 된다.

상기 측벽부(111b)의 최상단에는 기체공급관(13)이 연결되어 있게 된다. 이러한 기체공급관(13)은, 응축부(20)와 연결되어 있어서 기체생성부(10)에서 발생된 기체가 상기 기체공급관(13)을 따라서 응축부(20)로 이동하게 한다. 이때 기체생성부(10)에서 발생된 기체는 해수가 증기화된 수증기와, 해수 내에 함유된 질소, 산소 등 가스를 포함하게 된다.

상기 측벽부(111b)의 최하단에는 기체의 증발에 의하여 농축된 해수가 저장되는 농축해수 저장부(115)가 형성된다. 증발부(11) 내부에서 해수가 지속적으로 증발하게 되면 수분이 감소되면서 소금이나 기타 미네랄 성분의 농도가 높아지게 되는데, 이러한 농축된 해수는 농축해수 저장부(115)에 저장된다. 농축해수 저장부(115)에 저장된 농축해수는 밸브의 작동에 따라서 농축해수 배출관(72)을 거쳐서 농축해수용기(73) 내에 저장된다. 저장되는 해수는 밀도에 따라서 성분별로 적층되어 쌓이게 되는데, 작업자는 소금, 미네랄의 성분별로 각각 추출할 수 있게 된다. 이때 농축해수 저장부(115)와, 농축해수 배출관(72)의 총길이는 진공상태에서 농축된 해수가 빠져나갈 수 있게 하기 위하여 10.13m 이상이 것이 좋으며, 바람직하게는 13m이고, 보다 바람직하게는 16 내지 18m정도를 가지는 것이 좋다. 농축해수용기(73) 내에 저장된 농축된 해수는 별도의 간단한 처리를 통하여 성분별로 분리될 수 있게 된다.

상기 열교환부(12)는, 일단이 상기 증발본체(111) 내부에 삽입된 상태에서 타단이 증발본체(111) 외부로 돌출된 열교환 파이프(121)와, 상기 열교환 파이프(121)가 내부에 삽입되고 열교환 파이프(121) 내의 해수와 열교환하는 열원이 내부에 채워진 열원부(122)를 포함한다.

상기 열교환 파이프(121)는, 수평방향으로 길게 연장된 복수의 파이프로서, 일단은 증발본체(111) 내부에서 개방되어 있고, 타단은 막혀 있도록 구성된다. 파이프 내부에는 중간 높이를 가지도록 해수가 채워져 있으며 열교환 파이프(121) 내의 해수는 열원에 의하여 열을 공급받아서 증발본체(111)에 채워진 해수에 열을 제공하게 된다. 구체적으로 증발본체(111)는 열교환 파이프(121)와 연결되어 있으므로 해수는 증발본체(111)와 열교환 파이프(121) 내부를 이동하게 되는 것이다.

상기 열원부(122)는, 복수개가 수평방향으로 연장된 사각 루프형태의 열원파이프(1221)와, 열원파이프(1221)의 모서리를 각각 연결하는 열공급관(1222)과, 상기 열원파이프(1221)와 열공급관(1222) 내부에 채워지는 열원제공수를 포함한다.

상기 열원파이프(1221)와, 열공급관(1222)은, 전체적인 해수 담수화 설비(1)의 프레임의 기능을 수행하는 것으로서, 복수의 파이프가 격자형태로 연결되어 뼈대를 구성하게 된다. 이러한 열원파이프(1221)는 사각 루프형태를 가지면서 세워진 상태의 단위프레임이, 수평방향으로 일정간격 이격되어 설치되어 있게 된다.

열공급관(1222)은, 상기 열원파이프(1221)의 모서리를 각각 연결하고 있으며 전체적으로 서로 이격된 열원파이프(1221)를 연결시키는 기능을 수행한다. 상기 열원파이프(1221)와 열공급관(1222)은 서로 연결되어 있어서 그 내부의 열원제공수는 열원파이프(1221)와 열공급관(1222)을 내부를 이동하게 된다.

이러한 열공급관(1222)은 열원파이프(1221)의 4개의 모서리에 각각 형성되어 4개가 마련되어 있는데, 이 중 상단 일측의 열공급관(1222)의 내부에 열교환 파이프(121)가 삽입되어 있게 된다. 열원제공수는 열원파이프(1221)와, 열공급관(1222) 내부를 순환이동하는 것으로서, 태양이나 주변 온도에 의하여 가열된 상태에서 열교환부(12)를 지나면서 열을 해수에 제공한 후에 냉각되어 하강하고 외부의 온도와 태양열에 의하여 가열된 후에는 다시 상승하는 과정을 거치면서 순환이동을 수행하게 된다.

상기 기체공급관(13)은, 상기 증발본체(111)의 상단에서 연장되어 응축부(20)에 연결된 것이다. 해수에서 증발된 수증기와, 질소, 산소와 같은 가스가 혼합된 기체는 기체공급관(13)을 통하여 응축부(20)에 유입된다. 이때 기체공급관(13)을 통하여 이동한 고온 다습한 가스는 응축부(20)에서 열교환에 의하여 저온 저습한 기체로 변환된다.

상기 응축부(20)는 상기 기체생성부(10)에서 기체를 제공받은 후에 상기 기체를 응축시켜 담수를 생성하는 것이다. 구체적으로 고온 다습한 상태의 가스는 저온의 응축부(20)를 지나면서 응축되어 응축부(20)의 내부표면에 담수를 제공하게 되고, 이후 수분에 대부분 제거된 남은 가스성분은 응축부 내에 잔존하게 된다. 이러한 응축부(20)는, 수직방향으로 세워진 복수의 파이프가 "U"형상을 가지도록 연결되는 응축관(21)을 포함한다. 이때, 응축관(21)은 2개의 파이프가 "U" 형태를 가지는 것이 가능하나, 필요하면 3 이상의 파이프가 상하방향으로 교대로 연속적으로 연결되어 지그재그 형태를 가지는 것도 가능하다.

각 응축관(21)의 하단에는 응결된 담수가 흘러내린 후에 담수보관조(74)로 이동할 수 있도록 안내하는 담수이동관(22)이 연결되어 있게 된다.

상기 담수이동관(22)은, 복수의 관이 하나로 합쳐진 형태로 이루어지고, 담수이동관(22)의 전체적인 상하높이는 10.13m 이상인 것이 좋고, 바람직하게는 13m이고, 보다 바람직하게는 16~18m 인 것이 좋다. 이러한 담수이동관(22)은 보상회로(23)와 연결되어 있게 된다. 보상회로(23)는 담수가 빠지기 위해서는 기체가 공급되어야 하는데, 이를 위하여 담수이동관(22)에 기체를 공급하기 위한 것이다. 이러한 보상회로(23)는 길게 연장된 관으로서 담수이동관(22)의 경로 상에 연결되도록 구성된다. 보상회로(23)를 통하여 공기가 유입되면 담수이동관(22)에서 담수가 빠져나갈 수 있도록 구성된다.

이러한 각 응축관(21)은 프레임 역할을 수행하는 열원파이프(1221)에 고정되어 설치되도록 구성된다.

각 응축관(21)에는 온도센서(211)가 형성될 수 있다. 온도센서(211)는 각 응축관마다 설치되어 온도를 각각 측정하여 온도 변화에 따라서 파이프 내에 잔존하는 가스의 양을 판단할 수 있다. 특히 최종 위치에 놓인 응축관(21) 내부의 온도를 다른 응축관 내부의 온도와 비교하면서 가스의 양을 판별하는 것이 바람직하다.

구체적으로 기체 중에서 증기를 제외한 질소, 산소와 같은 가스는 응결되지 않고 응축관(21)을 따라서 이동하면서 응축관(21) 내에 축적되는데 이와 같이 응축관(21) 내에 축적된 가스는 응결을 방해하는 요소로 작용하게 되고 이에 따라서 마지막 파이프에 대부분의 가스가 잔존하게 된다.

담수화 작업이 진행되는 과정에서 가스가 축적되어 어느 일정이상 응축관(21) 내에 가스가 남아있게 되면 수분 응결을 방해하여 고온 다습한 가스가 저온 저습한 가스로 변화되지 않아서 응축관(21)의 온도가 정상적인 수준을 벗어나게 되는데, 온도센서(211)에 의하여 측정된 온도(ex. 마지막 응축관)가 이상으로 판단되는 일정 범위에 들어오는 경우 응축관(21)에 존재하는 가스를 배출하도록 해야 하며, 이때 밸브(411)가 작동하여 응축관(21) 내의 가스를 기체연결라인(41)을 통하여 기체저장부(40)로 이동시키게 한다.

상기 냉각부(30)는, 해수의 증발에 의하여 응축부(20)의 온도를 낮추는 것이다. 이러한 냉각부(30)는 각각의 파이프(21a) 상단에 배치되어 파이프(21a)의 외주면에 파이프의 길이방향을 따라서 해수가 흘러내릴 수 있게 하는 증발용 해수공급부(31)와, 각각의 파이프(21a) 하단에 배치되어 증발되지 않은 잔존하는 해수를 저장하는 증발용 해수저장부(33)와, 상기 증발용 해수저장부(33)에 저장된 해수용기(71)로 배출 및 이동시키기 위한 해수이동관(34)을 포함한다.

구체적으로, 증발용 해수공급부(31)는, 해수용기(71) 내에 담겨진 해수를 증발용 해수공급부(31)에서 공급된 해수를 각각의 파이프(21a)의 상단에서 하단을 향하여 흘러내리게 하는 것이다. 해수공급부(31)을 통하여 공급된 해수는 증발용 해수공급부(31)를 통하여 각 파이프(21a)의 외주면에서 하방향으로 흘러내리게 된다.

파이프(21a)의 하단에는 증발용 해수저장부(33)가 마련되어 있어서 증발용 해수공급부(31)로부터 흘러내린 해수 중에서 증발되지 않은 해수를 담아서 저장한다. 어느 정도 해수가 저장되면 해수이동관(34)을 통하여 다시 해수용기(71)로 해수를 이동시키게 된다.

한편, 증발용 해수공급부(31)와 증발용 해수저장부(33) 사이에는 증발천(32)이 감싸여져 있게 된다. 이러한 증발천(32)은 증발용 해수공급부(31)를 통하여 공급된 해수를 흡수하여 해수가 천천히 증발하도록 하는 것이다. 이러한 증발천(32)은 직조된 섬유나 부직포로서, 모세관 작용에 의해 물을 빨아들이는 동시에 공기의 흐름이 가능하도록 거즈상태의 조직을 갖는다

상기 증발천(32)에 흡수된 해수는 바람이나 햇빛에 의하여 증발되면서 응축관(21)의 온도를 낮추는 기능을 수행하게 된다. 이와 같이 증발천(32)에 흡수된 해수가 증발하면서 온도가 낮아진 응축관(21)은 그 내부를 지나는 고온다습한 기체 중 수분이 응축관(21) 내면에 응축될 수 있게 한다.

상기 기체저장부(40)는, 상기 응축부(20)에 연결되고 응축부(20)를 통과한 기체가 저장되는 것이다. 구체적으로 기체저장부(40)는 기체연결라인(41)에 의하여 응축부(20)와 연결되어 있게 된다. 기체연결라인(41)에는 밸브(411)가 마련되어 있어서 응축부(20)에 충분한 양의 가스가 차있는 경우 밸브(411)가 오픈되면 기체연결라인(41)을 따라서 응축부(20)의 기체가 압력의 차이에 의하여 기체연결라인(41)을 통하여 기체저장부(40)로 유입될 수 있게 한다.

이러한 기체저장부(40)에는, 습도센서(42) 및 압력센서(43)가 설치되어 있어서 기체저장부(40) 내부의 습도 및 온도를 측정할 수 있다. 또한, 기체저장부(40)의 내부에는 수산화나트륨 또는 염화칼슘과 같은 습기제거제가 마련되어 있어서 기체 중 응축부에서 응결되지 않은 수분은 흡수하고 건조한 기체만이 기체저장부(40) 내에 저장될 수 있게 한다.

구체적으로 습도센서(42)는 기체저장부(40) 내부의 습도를 측정하여 습도가 일정이상으로 상승하게 되면, 습기제거제를 보충할 수 있게 한다. 습기제거제는 시간이 갈수록 기체 중 수분을 흡수하여 용액으로 변환되는데, 일정이상 습기제거 용액이 채워지면 하부의 습기제거용액 배출관(75)을 통해 습기제거용액 저장조(76)에 용액이 저장될 수 있다. 습기제거용액 배출관(75)은 기체저장부(40) 내부가 거의 진공상태이므로 최소 10.13m 이상 수직방향으로 연장되어 있어야 하며, 바람직하게는 13m이고, 더욱 바람직하게는 16~18 m 인 것이 좋다.

압력센서(43)는 기체저장부(40) 내의 압력을 측정하는 것으로서, 기체가 일정이상 채워지게 되어 기체저장부(40) 내의 압력이 높아지게 되면, 밸브(411)를 작동해도 응축부(20)로부터 가스가 유입되지 않으므로 제어부(60)는 압력센서(43)로부터 측정된 압력을 확인한 후에, 진공펌프(50)를 동작시키게 한다.

기체저장부(40) 내의 압력이 일정이하를 유지하게 되면, 기체저장부(40)의 기체압력과 응축기 내부의 기체압력의 차이에 의하여 밸브(411)만 개방하는 동작만으로도 응축부(20) 내의 기체가 기체저장부(40) 내로 유입될 수 있게 된다.

상기 진공펌프(50)는 기체저장부(40)에 저장된 기체를 외부로 배출하기 위한 것이다. 이러한 진공펌프(50)는 기체저장부(40)에 연결되어 있으며, 제어부(60)에 의하여 동작이 제어된다. 제어부(60)는 기체저장부(40) 내부의 기체압력이 일정이상 상승하여 응축부(20)의 압력과 비슷한 정도로 상승하게 되면 기체저장부(40)에 질소, 산소와 같은 가스가 충분하게 차있다고 판단한 후에, 진공펌프(50)를 동작시켜 기체저장부(40) 내의 가스를 외부로 배출한다. 이와 같이 기체저장부(40) 내의 압력이 일정이하로 떨어지게 되면 응축부(20)로부터 기체를 용이하게 유입시킬 수 있게 된다.

이러한 본 발명에 따른 해수담수화 설비(1)는 다음과 같은 작용효과를 가진다.

해수용기(71) 내에 담겨진 해수는 농축용 해수저장조를 통하여 기체생성부(10)로 이동하게 된다. 이때 열원에 의하여 열교환된 해수는 기체생성부(10) 내에서 증발되어 기체화되고, 이 기체는 응축부(20)로 이동하게 된다.

응축부(20)로 유입된 기체는 냉각부(30)에 의하여 온도가 낮게 유지되어 수분은 응축부(20)의 내주면에 응축되어 담수이동관(22)을 통하여 담수보관조(74)에 저장된다. 이때 냉각부(30)는 해수용기(71) 내에 담겨진 해수의 증발을 이용하게 되는데, 응축부(20)의 외주면에 감싸여진 증발천(32)에 해수를 공급하고 그 해수가 증발하는 과정에서 응축부(20)의 온도가 내려가게 함으로서 응축부(20)의 냉각작용을 수행하게 된다. 냉각과정에서 증발천(32)에 흡수되지 않은 해수는 다시 해수용기(71)로 이동하게 된다.

한편, 시간이 지나서 응축부(20) 내에 기체 중 가스가 일정량 이상 쌓이게 되면 응축부(20) 내부의 온도가 변화되고 이를 감지한 제어부(60)를 밸브(411)를 열어서 응축부(20)의 기체는 압력차에 의하여 기체저장부(40)로 이동하게 한다.(압력이 높은 응축부에서 압력이 거의 진공상태인 기체저장부로 이동) 기체저장부(40)에서 유입된 기체 중에서 수분은 습기제거제를 통하여 제거되고 건조한 상태의 가스만이 기체저장부(40)에 쌓이게 된다. 기체저장부(40)에 기체가 충분하게 쌓이게 되어 기체저장부(40)와 응축부(20)의 내부 압력이 동등한 정도에 도달하게 되면, 밸브(411)를 열어도 응축부(20)의 기체가 기체저장부(40)로 이동하지 않으므로, 제어부(60)가 진공펌프(50)를 동작시켜 기체저장부(40) 내부의 가스를 외부로 배출하게 함으로서 기체저장부(40)의 압력이 응축부(20)의 압력보다 낮게 유지될 수 있게 한다.

한편, 습기제거제가 수분을 흡수하여 습기제거용액이 충분하기 저장되면 밸브(411)를 열어서 습기제거용액 저장조에 용액이 배출될 수 있도록 한다.

이러한 본 발명의 해수담수화 설비(1)는, 해수의 이동, 해수의 가열, 해수의 응축, 응축부(20)의 냉각 등의 전 과정이 대부분 외부의 온도, 바람, 햇빛 등과 같은 자연에너지를 그대로 활용하게 됨으로서 에너지 효율을 높일 수 있다.

또한, 담수가 증기화되어 증발된 해수는 농축화되면서 성분별로 농축해수 저장부에 쌓이게 되는데, 농축해수 저장부에 저장된 소금, 미네랄은 간편하게 뽑아내어서 이용할 수 있게 된다. 이에 따라서 기존과 같이 농축된 해수를 바다에 버려서 해양환경을 오염시키는 일이 없게 된다.

또한, 해수의 응축을 방해하는 증발된 기체 중 가스는 진공펌프(50)를 통하여 외부로 배출하게 되는데, 진공펌프(50)는 기체저장부(40) 내의 압력이 일정이상으로 올라가는 경우에만 선택적으로 동작하게 되고, 수분이 제거된 가스만을 배출하게 되므로 진공펌프(50)에 큰 부하가 걸리는 경우가 없고 진공펌프(50)의 가동시간이 짧아서 전체적으로 유지비용이 절감될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 전체적으로 유지에 드는 비용이 크게 발생되지 않고 농축된 해수를 별도로 회수하는 구조를 갖추고 있어서 농축해수에서 소금, 미네랄을 쉽게 분리함으로서 이를 판매하여 수익을 얻을 수 있어서 전체적인 비용이 절감할 수 있게 된다.

이상에서 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예들 및 변형예에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.

1...해수 담수화 설비 10...기체생성부
11...증발부 11...증발본체
112...담수용 해수이동관 113...수위측정센서
114...압력센서 115...농축해수 저장부
12...열교환부 121...열교환 파이프
122...열원부 1221...열원파이프
1222...열공급관 13...기체공급관
20...응축부 21...응축관
22...담수이동관 30...냉각부
31...증발용 해수공급부 32...증발천
33...증발용 해수저장부 34...해수이동관
40...기체저장부 41...기체연결라인
42...습도센서 43...압력센서
50...진공펌프 60...제어부
70...담수용 해수저장조 71...해수용기
72...농축해수 배출관 73...농축해수용기
74...담수보관조 75...습기제거용액 배출관
76...습기제거용액 저장조

Claims (14)

1. 해수를 증발시켜 해수로부터 기체를 생성하는 기체생성부;
   상기 기체생성부에서 기체를 제공받은 후에 상기 기체를 응축시켜 담수를 생성하는 응축부;
   해수의 증발에 의하여 상기 응축부의 온도를 낮추는 냉각부;
   상기 응축부에 연결되고 응축부를 통과한 기체가 저장되는 기체저장부;
   상기 기체저장부에 저장된 기체를 외부로 배출하기 위한 진공펌프; 및
   응축부 내의 기체압력과, 기체저장부 내의 기체압력의 차이가 소정범위 이내인 경우 진공펌프를 동작시켜 기체저장부 내부의 기체를 외부로 배출하게 하는 제어부를 포함하되,
   상기 응축부는,
   기체가 내부를 통과하며 "U"자 형태로 굴곡진 형상이 포함되는 응축관이 구비되고,
   상기 냉각부는,
   상기 응축관의 외면에 해수를 공급하여 응축관 표면에서 해수가 증발하면서 응축관의 온도를 낮추게 하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.
2. 제1항에 있어서,
   상기 응축관은,
   그 내부로 기체가 이동하는 복수의 파이프가 상호 연결된 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.
3. 제2항에 있어서,
   각각의 파이프의 하단에는 담수를 담수 보관조로 이동시키기 위한 담수이동관이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.
4. 제2항에 있어서,
   상기 냉각부는,
   각각의 파이프 상단에 배치되어 파이프의 외주면에 파이프의 길이방향을 따라서 해수가 흘러내릴 수 있게 하는 증발용 해수공급부와,
   각각의 파이프 하단에 배치되어 증발되지 않은 잔존하는 해수를 저장하는 증발용 해수저장부와,
   상기 증발용 해수저장부에 저장된 해수저장조로 이동시키기 위한 해수 이동관을 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.
5. 제4항에 있어서,
   상기 증발용 해수공급부와, 증발용 해수저장부 사이에는 파이프 외주면을 감싸면서 증발용 해수공급부에서 공급된 해수를 흡수하는 증발천을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.
6. 제1항에 있어서,
   상기 기체생성부는,
   해수가 내부에서 증발하는 증발부와, 열원과 열교환하여 온도가 상승된 해수를 증발부로 제공하는 열교환부와, 상기 증발부에서 증발된 증기를 응축부로 제공하기 위한 기체공급관을 포함하는 해수 담수화 설비.
7. 제6항에 있어서,
   상기 증발부는,
   내부에 해수가 채워지는 수용공간이 마련되며 일측에 열교환부가 삽입된 증발본체와, 증발본체 내부의 해수의 수위를 측정하는 수위측정센서를 포함하고,
   상기 열교환부는,
   일단이 상기 증발본체 내부에 삽입된 상태에서 타단이 증발본체 외부로 돌출된 열교환파이프와, 상기 열교환파이프가 내부에 삽입되고 열교환파이프 내의 해수와 열교환하는 열원이 내부에 채워진 열원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.
8. 제7항에 있어서,
   상기 증발본체의 하부에는,
   증발에 의하여 농축된 해수가 저장되는 농축해수 저장부가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.
9. 제7항에 있어서,
   상기 열원부는,
   복수개가 수평방향으로 연장된 루프형태의 열원파이프와, 상기 열원파이프의 모서리를 각각 연결하는 열공급관과, 열원파이프와 열공급관 내부에 채워지는 열원제공수를 포함하되,
   상기 열교환파이프는, 상기 열공급관 내부에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.
10. 제1항에 있어서,
    상기 응축부와, 기체저장부는 기체연결라인에 의하여 연결되어 있으며, 상기 기체연결라인에는 기체의 흐름을 단속하는 밸브가 형성되며,
    상기 제어부는, 응축부의 기체온도가 소정범위 이하로 낮아지는 경우 밸브를 동작시켜 응축부 내부의 기체가 상기 기체저장부로 이동하게 하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.
11. 제1항에 있어서,
    상기 기체저장부에는, 기체 중 수분만을 제거하기 위한 수분제거제가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.
12. 제11항에 있어서,
    상기 기체저장부에는, 수분을 흡수한 수분제거제 용액이 배출되는 습기제거용액 배출관이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.
13. 해수를 증발시켜 해수로부터 기체를 생성하는 기체생성부;
    상기 기체생성부에서 기체를 제공받은 후에 상기 기체를 응축시켜 담수를 생성하는 응축부;
    응축부를 감싸는 증발천에 흡수된 해수의 증발에 의하여 상기 응축부의 온도를 낮추기 위한 냉각부;
    상기 응축부에 연결되고 응축부를 통과한 기체가 저장되는 기체저장부;
    상기 기체저장부에 저장된 기체를 외부로 배출하기 위한 진공펌프; 및
    응축부 내의 기체압력과, 기체저장부 내의 기체압력의 차이가 소정범위 이내인 경우 진공펌프를 동작시켜 기체저장부 내부의 기체를 외부로 배출하게 하는 제어부를 포함하되,
    상기 응축부는,
    기체가 내부를 통과하며 "U" 형상을 포함하는 응축관이 마련되고, 상기 응축관은 그 내부로 기체가 이동하는 복수의 파이프가 상호 연결된 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.
14. 제13항에 있어서,
    각 파이프의 하단에는 담수를 이동시키기 위한 담수이동관이 연결되고,
    상기 담수이동관에는 담수를 담수이동관을 통하여 이동가능하게 하기 위한 보상회로가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 설비.

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