KR20010033546A - 탈염방법 및 탈염장치 - Google Patents

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마에다 시게루
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Abstract

본 발명은 저온의 폐열을 이용하여 저비용으로 안정하게 담수를 얻을 수 있는 탈염장치에 관한 것이며, 이 탈염장치는 저온의 폐열(11)과 증발캔(60)내의 원수(62)를 열교환시켜 증발캔(60)내에 수증기(63)를 생성하도록 증발캔(60)과 상호작용하는 열교환기(92); 증발캔(60)으로부터 수증기(63)를 수용하고 수증기(63)와 원수탱크(72)내의 원수(71)와 열교환시켜 수증기(63)를 냉각하여 증류수(76)를 얻도록 원수탱크(72)와 상호작용하는 응축기(98); 증류수(76)를 저장하는 증류수탱크; 증발캔(60)을 진공시키고 그 내부를 감압하여 증발캔(60)내의 수증기(63)의 발생을 촉진시키는 진공수단; 및 원수를 증발캔내로 공급하기 위한 원수공급수단을 포함하여 이루어진다.

Description

탈염방법 및 탈염장치{DESALINATION METHOD AND DESALINATION APPARATUS}
예를 들어, 공장 및 해상구조물, 농경지역, 내륙지역, 섬, 및 사막지역과 같은 여러가지 설비에 있어서, 공업용수에 적합한 물을 얻기는 어려우며, 대부분의 경우에는, 선박 또는 트럭등에 의해 물을 운반하거나 파이프라인을 설치할 필요가 있었다. 그외의 경우에, 이들 설비는 필연적으로 많은 량의 전기에너지를 소비하게 되는 멤브레인형태(membrane type) 또는 다른 형태의 탈염장치를 사용한다.
열발전소 또는 원자력발전소등은 고온의 폐열을 재사용하여 스팀터빈으로부터 전기를 생산하는 반면, 저압스팀 및 그 잠재열에너지는 폐기물로서 배출된다. 사실상, 여러가지 종류의 저온 열, 예를 들면, 국지적(지역적) 온도차, 지열, 및 발효열이 존재한다.
상기한 폐열원을 가지는 많은 공장 또는 기타 설비는 작동하는데에 있어서 탈염수 또는 적은 불순물을 가지는 물을 필요로 한다. 상기한 바와 같이, 선박, 트럭 또는 파이프라인에 의해 그러한 물을 운반하는 기술은 운반비, 건설비, 및 유지운영비가 매우 높다는 문제점을 가지고 있다. 멤브레인형태 또는 다른 형태의 탈염장치는 많은 양의 전기에너지를 소비하며, 이로 인해 운영비가 비싸지게 된다.
염수 또는 경수를 효과적으로 탈염시키기 위하여, 진공증발형태의 탈염장치가 제안되어 왔다.
특히, 종래의 진공증발형태의 탈염장치로서, 플래시시스템(flash system) 또는 다중효과 캔(multiple-effect can) 시스템을 사용하는 탈염장치가 제안되었다.
그러나, 종래 플래시 또는 다중효과 탈염장치는 응축기내에서 냉각하는데 사용되는 물의 양이 많고, 그에 따라 배출되는 물의 양도 많아서 많은 양의 펌프전력을 필요로 하게 되는 단점을 가진다.
플래시시스템에서, 사용된 열원과 냉각수사이의 온도차이가 작으면, 효율은 작아지고, 효과적인 다중효과 시스템을 구현하기가 힘들다. 마찬가지로, 종래 다중효과 캔 시스템은 사용된 열원과 냉각수 사이의 온도차이가 작으면, 다중효과 탈염장치를 형성하도록 사용되는 캔의 갯수를 증가시키기가 불가능하다는 단점을 가지고 있다. 이에 따라, 효율을 증가시키기가 어렵다. 따라서, 사용된 열원과 냉각수 사이의 온도차이가 작은 경우에는, 장치의 전열면 면적을 증가시킬 필요가 있다. 이것은 설치비를 증가시키게 되며, 큰 설치면적의 사용을 필요케 한다.
또한, 양 시스템 모두 연속작동모드를 사용하기 때문에, 항상 유체이송펌프, 진공펌프등을 작동시킬 필요가 있다. 따라서, 전체시스템에서 소비되는 전력량은 커지게 되며, 효율은 저하한다. 특히 진공펌프와 관련하여, 고도의 진공도가 저온상태에서 발생되기 때문에, 많은 양의 수증기가 배출가스에 혼입된다. 따라서, 많은 전력을 소비하는 큰 용량의 진공펌프가 필요하다.
본 발명은 상기한 상황을 고려하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 지금까지는 사용되지 않고 방치되던 저온의 폐열을 에너지원으로서 종속사용(cascade use)함으로써 감소된 비용으로 안정되게 담수를 생성할 수 있는 탈염방법 및 탈염장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 사용되지 않은 국지적(local) 폐열원을 사용하여 원수(raw water)[예를 들면, 염수(salt water), 해수(sea water)]를 탈염하는데 사용되는 탈염방법 및 탈염장치에 관한 것으로서, 예를 들면, 경수(hard water)를 연화(softening)함으로써 담수(fresh water) 또는 적정수(suitable water), 음용수 또는 탈염수(demineralized water)를 생산하는 탈염방법 및 탈염장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 탈염장치의 기본 구성예를 나타내는 도,
도 2는 본 발명에 따른 탈염장치의 다른 기본 구성예를 나타내는 도,
도 3은 본 발명에 따른 탈염장치의 또다른 기본 구성예를 나타내는 도,
도 4는 본 발명에 따른 탈염장치의 또다른 기본 구성예를 나타내는 도,
도 5는 본 발명에 따른 탈염장치에 사용되는 증발캔의 제 1 기본적 구성예를 나타내는 도면으로서, 도 5a는 증발캔의 길이방향의 단면도이고 도 5b는 도 5a의 선 B-B를 따른 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 탈염장치에 사용되는 증발캔의 제 2 기본적 구성예의 길이방향 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 탈염장치에 사용되는 증발캔의 제 3 기본적 구성예를 나타내는 도면으로서, 도 7a는 증발캔의 길이방향의 단면도이고 도 7b는 증발캔의 평면도,
도 8은 본 발명에 따른 탈염장치에 사용되는 증발캔의 제 4 기본적 구성예의 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 탈염장치의 다른 구성예를 나타내는 도,
도 10a 내지 도 10c는 각각 전력발전소의 응축터빈으로부터 배출된 저온 저압의 증기를 본 발명에 따른 탈염장치의 열원으로서 이용하는 시스템의 구성예를 나타내는 도,
도 11은 태양 광전지 전력발생장치가 제공된 탈염시스템의 배치를 나타내는 도,
도 12는 단일 캔형태의 탈염장치의 구성요소가 단일 프레임내에 결합된 유닛화된 탈염장치의 예를 나타내는 도,
도 13은 다중효과 캔형태(직렬연결)의 탈염장치가 단일프레임내에 결합되어 유닛화된 탈염장치의 예를 나타내는 도,
도 14는 다중효과 캔형태(병렬연결)의 탈염장치가 단일프레임내에 결합되어 유닛화된 탈염장치의 예를 나타내는 도,
도 15는 단일프레임내에 유닛화된 복수의 장치(도면에서는 2개)가 하나의 유닛으로 더욱 결합되어 유닛화된 탈염장치의 예를 나타내는 도,
도 16은 2개이상의 유닛이 단일 유닛내에 더욱 결합되어 있는 유닛의 배치를 나타내는 도,
도 17은 3개의 증발캔을 사용하는 진공증발형태의 탈염장치에 본 발명이 적용되는 구성예를 나타내는 도이다.
상기한 문제점을 해결하기 위한, 본 발명의 제 1실시형태에 따르면, (1) 원수를 제한된 공간수단(confined space mean)내로 공급하는 단계; (2) 제한된 공간수단을 진공시키고 그 내부를 감압하는 단계; (3) 저온의 폐열을 상기 제한된 공간수단내로 공급하여 저온의 폐열과 상기 제한된 공간수단내의 원수가 열교환하게 하여 상기 제한된 공간수단내에서 수증기를 발생시키는 단계; (4) 상기 수증기를 냉각하여 증류수를 얻는 단계를 포함하여 이루어지는 원수를 탈염하는 방법이 제공된다.
상기 제한된 공간수단은 단일 증발캔으로 이루어질 수도 있다.
그 대신에, 상기 제한된 공간수단은 직렬로 연결된 복수의 증발캔으로 이루어질 수도 있으며, 여기서 저온의 폐열은 제 1증발캔으로 공급되고, 인접한 증발캔 각각의 쌍에서, 하류측 증발캔은 상류측의 증발캔으로부터 수증기를 받아, 하류측의 증발캔내의 원수로 수증기를 냉각하여 증류수를 생성하고, 동시에 하류측 증발캔내의 원수는 가열되어 수증기를 발생시킨다.
상기 제한된 공간수단은 병렬로 연결된 복수의 증발캔으로 이루어질 수도 있으며, 여기서 상기 (1)단계 내지 (4)단계는 하나의 증발캔으로부터 다른 증발캔으로 전환되어 연속적인 탈염동작을 가능케 한다.
상기한 방법에서, 진공단계는 간헐적으로 행해지거나 또는 임의의 시기 예를 들면, 탈염동작의 개시시의 소정 시간동안에 행해진다.
원수를 제한된 공간수단내로 공급하는 단계는 제한된 공간수단을 원수원(raw water source)에 개방한 상태에서 상기 제한된 공간수단을 진공시킴으로써 행해질 수 있다. 상기 방법은 농축원수를 제한된 공간수단 밖으로 배출하는 단계를 더욱 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 단계는 제한된 공간수단을 대기(atmosphere)에 개방한 후, 제한된 공간수단을 개방함으로써 그것으로부터 농축원수가 흘러내리게 함으로써 행해질 수 있다.
본 발명의 제 2실시형태에 따르면, 저온의 폐열과 증발캔내의 원수를 열교환시켜 증발캔내에 수증기를 발생시키도록 증발캔과 상호작용하는 열교환기; 증발캔으로부터 수증기를 수용하고 수증기를 원수탱크내의 원수와 열교환시켜 수증기를 냉각하여 증류수를 얻도록 원수탱크와 상호작동하는 응축기; 증류수를 저장하는 증류수탱크; 증발캔내에서 수증기의 발생을 촉진하도록 증발캔을 진공시키고 그 내부를 감압하는 진공수단; 및 원수를 증발캔에 공급하기 위한 원수공급수단을 포함하여 이루어지는 탈염장치가 제공된다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따르면, 저온의 폐열과 증발캔내의 원수를 열교환시켜 증발캔내에 수증기를 발생시키도록 증발캔과 상호작용하는 열교환기; 증발캔으로부터 수증기를 수용하여 수증기를 냉각수와 열교환시켜 수증기를 냉각하여 증류수를 얻는 응축기; 증류수를 저장하는 증류수탱크; 증발캔내에서 수증기의 발생을 촉진하도록 증발캔을 진공시키고 그 내부를 감압하는 진공수단; 및 원수를 증발캔에 공급하기 위한 원수공급수단을 포함하여 이루어지는 탈염장치가 제공된다.
상기한 탈염장치에서, 저온의 폐열은 공장내의 전력생산을 위한 스팀터빈으로부터의 배기스팀의 잠재열로 이루어질 수도 있다.
탈염장치는 전력생산용 스팀터빈의 응축기와 일렬로 및/또는 병렬로 결합될 수도 있으며, 응축기 대신에 사용될 수도 있다. 탈염장치가 응축기 대신에 사용되는 경우에, 단지 한 세트의 탈염장치로서 많은 양의 배기스팀을 처리하기는 쉽지 않다. 따라서, 복수의 탈염장치를 병렬로 결합하여 사용할 수도 있다.
상기한 탈염장치에는, 복수의 증발캔이 제공되며, 여기서 열교환기는 제 1증발캔과 상호작용하도록 배치되며, 인접한 증발캔 각각의 쌍에서 하류측 증발캔이 상류측 증발캔으로부터 수증기를 수용하고 하류측의 증발캔내의 원수로 수증기를 냉각하여 증류수를 생성하고 또한 하류측 증발캔내의 원수를 가열하여 수증기를 발생시키도록 응축기가 배치된다.
탈염장치는 진공수단과 증발캔에 연결된 제어밸브의 개폐를 제어하기 위한 제어수단을 더욱 포함할 수도 있다.
제어수단은 증발캔의 진공작동 및 증발캔의 대기로의 개방동작이 간헐적으로 반복되도록 진공수단과 제어밸브를 제어하여, 일괄작동(간헐작동)을 가능케한다.
상기한 탈염장치에서, 복수의 증발캔은 병렬로 줄지어 배치될 수 있으며, 각각의 열(row)들은 하나 이상의 증발캔으로 이루어지며, 제어수단은 진공수단과 제어밸브를 제어하여 상기 열들내의 증발캔들이 동시에 대기에 개방되지 않도록 하여 탈염장치의 연속적인 작동을 가능케한다. 이러한 연속작동은 정격작동이거나 폐열(열원)에서의 변화를 뒤따르는 작동일수도 있다.
상기한 탈염장치에서, 원수공급수단은 진공수단 및 제어수단에 의해 개폐되는 증발캔에 연결된 제어밸브에 의해 형성될 수 있다.
탈염장치는 증발캔으로부터 농축원수를 배출하기 위한 농축원수 배출수단 또는 폐기염수 배출수단을 더욱 포함할 수도 있다. 농축원수 배출수단은 제어수단에 의해 개폐되는 증발캔의 하부에 연결된 제어밸브에 의해 형성될 수도 있다.
상기한 탈염장치에서, 증발캔, 열교환기, 응축기, 증류수 탱크, 진공수단 및 원수공급수단은 단일 프레임내에 유닛화될 수 있다. 탈염장치가 농축원수 배출수단을 더욱 포함하는 경우에, 상기 농축원수 배출수단을 단일 프레임내에 더욱 결합시키는 것도 가능하다.
따라서, 단일 프레임내에서 유닛화된 복수의 탈염장치는 단일 유닛으로 더욱 결합될 수도 있다.
본 발명의 탈염장치는 지금까지는 열원으로서 사용되지 않았던 저온의 폐열원 예를 들면, 열발전소 또는 원자력발전소로부터의 저온의 폐열을 사용하기 때문에, 지금까지 방치되던 그러한 열을 효과적으로 사용하는 것이 가능하다.
또한, 전력생산용 연료의 운반 및 폐열을 처리할 장소(즉, 열복사원)의 확보의 차원에서 바다에 인접하여 설치되는 열발전소 또는 원자력발전소의 위치조건을 이용하여, 열발전소 또는 원자력발전소로부터 배출되는 저온의 폐열을 열원으로서 사용하고 최종 스테이지에서 응축기용 냉각원으로서 해수를 사용함으로써, 매우 안정된 열원 및 냉각원의 공급을 보장할 수 있고 안정된 탈염공정을 행할 수 있다.
또한, 지금까지 에너지원으로서 사용되지 않았던 저온의 폐열원의 종속사용(cascade use)은 화석연료의 사용을 억제하고 지구온난화가스의 발생을 최소화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 탈염장치를 통해 지구환경에 친화적인 자원재생기술을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 원수는 증발캔내에 저장되고, 증발캔의 내부는 진공펌프에 의해 감압되며, 원수는 저온의 폐열로 가열된다. 이로 인해 저온에서의 증발이 촉진된다. 따라서, 전력발전소등에 의해 발생되는 저온의 폐열을 사용하여 탈염공정을 행할 수 있다.
또한, 증발이 저온에서 행해지기 때문에 비록 사용된 열원과 냉각수사이의 온도차가 작더라 하더라도, 다중효과 증발캔 시스템을 사용하고 열을 반복적으로 사용함으로써 증발효율을 개선할 수 있다.
더 나아가, 캔내에 저장된 원수가 증발되기 때문에, 간헐적 또는 일괄작동(batch operation)이 행해진다. 따라서, 전력소모는 눈에 띄게 감소된다. 특히, 장치가 일괄모드로 작동되고, 장치의 내부가 작동의 개시시에 진공되고, 장치의 내부가 작동의 종료때에 대기에 개방된다면, 진공펌프를 작동시키거나 중단함으로써 원수를 장치내로 공급하거나 농축원수를 장치 밖으로 배출하는 것이 가능하다. 따라서, 장치는 기본적으로 진공펌프의 작동만으로도 작동가능하다. 따라서, 전력소모는 더욱 감소된다.
또한, 병렬로 배치된 복수의 장치들을 하나의 장치에서 다른 장치로 전환하여 일괄모드로 복수의 장치들을 작동시킴으로써 연속동작이 행해질 수 있다.
또한, 높은 효율과 낮은 전력으로 장치가 작동될 수 있기 때문에, 전체 장치는 컴팩트한 유닛으로 유닛화될 수 있다. 따라서, 장치의 운반, 반입 및 설치가 쉬워진다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 이점 및 특징은 예시의 목적으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부된 도면을 참조한 다음의 설명으로부터 명확해 질것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 탈염장치의 기본 구성예를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 탈염장치는 열교환기(10), 증발캔(60), 및 원수탱크(72)를 구비한다. 열발전소 또는 원자력발전소 또는 다른 전력발전설비로부터의 저온의 폐열원(11)은 열교환기(10)로 도입되어 저온의 폐열원(11)과 가열매체(heating medium; 13)사이에 열교환을 행하여 가열매체(13)를 가열한다. 가열된 가열매체(13)는 증발캔(60)내의 원수(62)내에 놓여진 열교환기(92)로 도입되어 가열매체(13)와 원수(62)사이에서 열교환을 행하여 원수(62)를 가열하고 수증기(63)를 생성시킨다. 가열매체(13) 자신은 냉각되어 열교환기(10)로 복귀한다. 참조부호(11')는 폐열 응축물 또는 해수를 가리킨다.
증발캔(60)의 캔본체(61)내에 생성된 수증기(63)는 수집되어 원수탱크(72)내의 원수(71)내에 놓여진 응축기(98)내로 도입되어 수증기(63)와 원수(71)사이에서 열교환을 행한다. 수증기(63)는 응축되어 증류수(76)가 되고 동시에 원수(71)를 가열한다. 증류수는 증류수탱크(T)내에 축적된다. 증발캔(60)의 캔본체(61)의 내부는 증류수탱크(T) 및 제어밸브(V1, V10)를 통해 진공수단 예를 들면, 진공펌프(VP)로 감압된다. 따라서, 캔본체(61)내의 원수(62)는 감소된 압력하에서 가열매체(13)와 열교환하게 된다. 따라서, 고효율로 수증기(63)가 생성된다.
상기한 탈염장치에서, 저온의 폐열원(11)은 열교환기(10)로 도입되어 가열매체(13)를 가열하고, 가열매체(13)와 원수(62)는 열교환기(92)를 통해 열교환한다. 즉, 저온의 폐열과 원수사이에서 간접적으로 열교환이 행해진다. 그러나, 저온의 폐열원(11)과 원수(62)사이에 직접적인 열교환이 행해지도록 저온의 폐열원(11)이 열교환기(92)로 도입되도록 배치될 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 탈염장치의 다른 기본적 구성예를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 탈염장치는 열교환기(10), 증발캔(60) 및 응축기(20)를 구비한다. 열발전소 또는 원자력발전소 또는 다른 형태의 전력생산설비로부터의 저온의 폐열원(11)은 열교환기(10)로 도입되어 저온의 폐열원(11)과 가열매체(13)사이에 열교환을 행하여 가열매체(13)를 가열한다. 가열된 가열매체(13)는 증발캔(60)내의 원수(62)내에 놓여진 열교환기(92)내로 도입되고 가열매체(13)와 원수(62)사이에서 열교환을 행하여 원수(62)를 가열하고 수증기(63)를 생성한다. 가열매체(13) 자신은 냉각되어 열교환기(10)로 복귀한다.
증발캔(60)의 캔본체(61)내에 생성된 수증기(63)는 수집되고 응축기(20)로 도입되어 수증기(63)와 냉각수(21)사이에서 열교환을 행한다. 수증기(63)는 응축되어 증류수(76)가 되고 증류수(76)는 증류수탱크(T)내에 축적된다. 증발캔(60)의 캔본체(61)의 내부는 증류수탱크(T) 및 제어밸브(V1, V10)를 통해 진공수단 예를 들면, 진공펌프(VP)로 감압된다. 따라서, 캔본체(61)내의 원수(62)는 감소된 압력하에서 가열매체(13)와 열교환한다. 따라서, 높은 효율로 수증기(63)가 생성된다.
상기한 탈염장치에서, 저온의 폐열원(11)은 열교환기(10)로 도입되어 가열매체(13)를 가열하고, 가열매체(13) 및 원수(62)는 열교환기(92)를 통해 열교환하게 된다. 즉, 저온의 폐열원(11)과 원수(62)사이에서 간접적으로 열교환이 행해진다. 그러나, 저온의 폐열원(11)과 원수(62)사이에서 직접적으로 열교환이 행해지도록 저온의 폐열원(11)이 열교환기(92)내로 도입되게 배치될 수도 있다. 참조부호(21')는 복귀하는 냉각수를 지시한다.
도 3은 본 발명에 따른 탈염장치의 또다른 기본적 구성예를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 탈염장치는 열교환기(10) 및 멀티스테이지(multi-stage) 구조로 배치된 복수의 증발캔(60, 60',...)을 구비한다. 저온의 폐열원(11)은 열교환기(10)내로 도입되어 저온의 폐열원(11)과 가열매체(13)사이에서 열교환을 행하여 가열매체(13)를 가열한다. 가열된 가열매체(13)는 제 1 스테이지의 증발캔(60)의 원수(62)내에 놓여진 열교환기(92)로 도입되고, 가열매체(13)와 원수(62)사이에서 열교환을 행하여, 원수(62)를 가열하고 수증기(63)를 생성한다. 가열매체(13) 자신은 냉각되어 열교환기(10)로 복귀한다.
제 1스테이지의 증발캔(60)내에 생성된 수증기(63)는 수집되고 제 2스테이지의 증발캔(60')의 원수(62')내에 놓여진 응축기(열교환기; 92')로 도입되어 수증기(63)와 원수(62')사이에서 열교환을 행하여 원수(62')를 가열하고 수증기(63')를 생성한다. 수증기(63) 자신은 증류수(76)로서 증류수탱크(T)내로 재생된다. 또한, 제 3스테이지 및 그 이하 스테이지의 증발캔은 상기한 바와 유사한 기능을 가진다. 즉, 각각의 인접한 증발캔 쌍에 있어서, 하류측 증발캔은 상류측 증발캔으로부터 수증기를 수용하여 하류측 증발캔내의 원수로 수증기를 냉각하여 증류수를 생성하고 동시에 하류측 증발캔내의 원수를 가열하여 수증기를 생성하도록, 증발캔과 상호작용하는 응축기가 배치된다.
최종 스테이지에서, 수증기는 원수탱크(72)내의 원수(71)내에 놓여진 응축기(98)내로 도입되어 수증기와 원수(71)사이에서 열교환을 행하여 증류수(76)를 생성하고 증류수는 차례로 증류수탱크(T)내에 축적된다.
도 4는 본 발명에 따른 탈염장치의 또다른 기본적 구성예를 나타내는 도면이다. 이 장치의 구성 및 기능은 최종스테이지를 제외하고는 도 3에 도시된 장치와 동일하다. 즉, 도시된 바와 같이, 이 실시예에서는, 최종스테이지에서 수증기가 응축기(20)내로 도입되어 수증기와 냉각수(21) 사이에서 열교환하여 증류수(76)를 생성한다.
도 5a 및 도 5b는 증발캔(60)의 제 1 기본 구성예를 나타낸다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 증발캔(60)은 수평하게 설치된 캔 본체(61)내에 수평으로 연장된 적어도 하나의 전열관(heat transfer tube; 64)을 구비한다. 전열관(64)의 양단에는, 전열관(64)을 집합적으로 설치하기 위한 챔버(65 및 66)가 마련된다. 하나의 챔버(65)에는 가열매체 증기입구 또는 수증기 입구(67)가 마련되고, 다른 챔버(66)에는 응축된 가열매체 출구 또는 응축물 출구(68)가 마련된다. 전열관(64)의 내부는 가열매체용 열복사부로서 또는 수증기용 응축부로서 사용되며, 전열관(64)의 외부는 원수(62)의 가열부 및 증발부로서 사용된다.
따라서, 증발캔(60)은 가열부와 증발부가 하나의 부분으로 통합되어 있으며, 수평형태로 배치되어 있다. 따라서, 증발캔의 구조는 단순화될 수 있으며, 온도차가 작더라도 높은 효율을 얻을 수 있다. 전열관(64)은 진공을 견뎌낼 수 있고 우수한 전열특성을 가지는 다른 구조로 형성될 수도 있다. 상기한 바와 같이 배치된 예로서, 비록 도면에 도시되지는 않았지만, 증발캔(60)은 응축된 가열매체 또는 응축물용 출구(68)가 가열매체 증기 또는 수증기용 입구(67)보다 아래에 배치되도록 하여 전열관(64)내의 응축물이 쉽게 배출될 수 있도록 전체적으로 경사지게 배치될 수도 있다.
상기한 바와 같이, 전체 증발캔(60)을 경사지게 배치함으로써, 전열관(64)내의 응축물은 어떠한 지체도 없이 출구(68)로부터 배출될 수 있다. 가열매체가 액상(liquid phase)으로 사용되는 경우, 고온의 가열매체액 입구(67')가 더 낮은 위치에 놓이고, 저온의 가열매체액 출구(68')가 더 높은 위치에 놓이도록 구성될 수도 있다.
열교환기(10)로부터 배출된 가열된 가열매체는 입구(67) 또는 고온의 가열매체액 입구(67')를 통해 전열관(64)내로 도입된다. 열복사된 가열매체는 출구(68) 또는 저온의 가열매체액 출구(68')로부터 배출되어 열교환기(10)로 복귀된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다중효과 증발캔(60)의 경우에, 이전 스테이지의 증발캔(60)내에서 생성된 수증기(63)는 입구(67)를 통해 전열관(64)내로 도입되고, 증류수는 이후 스테이지의 증발캔(60)의 출구(68)로부터 배출된다.
도 6은 증발캔(60)의 제 2의 기본적 구성예를 나타낸다. 도 5 및 도 6에 공통인 구성요소는 동일한 참조부호로 지시된다. 전열관(64)은 수평방향에 대해 경사져서 즉 증발캔(60)의 바닥면으로 경사져서 연장하도록 캔본체(61)내에 설치된다. 스팀출구(68)는 스팀입구(67)의 아래에 위치된다. 가열매체가 액상으로 사용되는 경우, 증발캔(60)은 고온의 가열매체액 입구(67')가 더 낮은 위치에 놓이고, 저온의 가열매체액 출구(68')가 더 높은 위치에 놓이도록 배치될 수도 있다.
상기한 바와 같이, 전열관(64)을 경사지게 배치함으로써, 전열관(64)내의 응축물은 아무런 지체도 없이 출구(68)를 통해 배출될 수 있다. 만약 전열관(64)이 캔본체(61)의 직경(D)의 하부 절반내에 배치되고, 원수(62)의 액체레벨이 대략 캔본체(61)의 중심에 설정된다면, 증발면적이 최대화되고, 미스트(mist)가 혼입되지 않은 양질의 증류수를 얻을 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 증발캔(60)의 제 3의 기본적 구성예를 나타낸다. 도 5, 도 6, 및 도 7에 공통인 구성요소는 공통의 참조부호로 지시된다. 증발캔(60)은 수평으로 설치된 캔본체(61)내에 놓여진 한세트 이상의 전열관(64)을 구비한다. 전열관(64)을 집합적으로 설치하기 위해 캔본체(61)의 중심에는 챔버(69)가 마련되고, 전열관(64)을 집합적으로 설치하기 위해 증발캔(60)의 양측면에는 챔버(65 및 66)가 마련된다. 중심의 챔버(69)에는 가열매체 증기 또는 수증기용 입구(69a)가 마련된다. 양측면의 챔버(65 및 66)에는 응축된 가열매체 또는 응축물용 출구(68)가 각각 마련된다.
도 7과 같은 증발캔(60)의 배치를 통해, 증발캔(60)의 캔본체(61)가 길고 그에 따라 전열관(64)이 길어지게 되는 경우라도 응축부내의 압력손실은 증가되지 않으며, 가열매체 또는 증류수는 쉽게 배출될 수 있다.
도 8은 증발캔(60)의 제 4의 기본적 구성예를 나타낸다. 도 5 내지 도 8에 공통인 구성요소는 공통의 참조부호로 지시된다. 증발캔(60)은 수평방향에 대해 경사져서 캔본체(61)내에 놓여진 전열관(64)을 구비한다. 출구(68)는 중심의 입구(69a)와 연통하는 챔버(69) 아래에 위치된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 증발캔(60)의 배치는 전열관(64)내의 응축물이 어떠한 지체없이 배출될 수 있게 해준다. 또한, 원수(62)의 액체레벨이 캔본체(61)의 대략 중심에 설정될 수 있으므로, 그에 따라 증발면적이 최대로 될 수 있다. 따라서, 미스트가 혼입되지 않은 양질의 증류수를 얻을 수 있다.
비록 제 1스테이지의 증발캔(60)만의 구성이 설명되었지만, 제 2스테이지 또는 그이하 스테이지의 증발캔(60', 60'',...)에도 동일한 또는 유사한 구성이 채택될 수 있다.
또한, 증발캔(60) 및 원수탱크(72)에 공급되는 원수가 염수(예를 들면, 해수) 또는 경수이고, 농축된 원수가 증발캔(60) 및 원수탱크(72)로부터 임의의 시기에 또는 주기적으로 배출수단(비도시)에 의해 그 하부에 연결된 제어밸브(V2, V7)를 통해 배출될 수 있고, 동시에, 원수는 임의의 시기에 또는 주기적으로 원수공급수단, 예를 들면 펌프(S)(하나만 도시됨)에 의해 그것에 연결된 또다른 제어밸브(V3, V8)을 통해 공급되어, 증발캔(60) 및 원수탱크(72)내에서 소정 레벨이 유지된다는 것에 유의해야 한다.
증발캔(60) 및 원수탱크(72)내의 농축된 원수(62, 71)가 그것에 연결된 제어밸브(V2, V7)를 통해 임의의 시기에 또는 주기적으로 소정량만큼 증발캔(60) 및 원수탱크(72)의 하부로부터 자연적인 흘러내림에 의해 배출될 수 있고, 동시에 온도가 낮은 원수가 원수공급수단(S)(하나만 도시됨)에 의해 또다른 제어밸브(V3, V8)을 통해 증발캔(60) 및 원수탱크(72)내로 외부에서 공급될수 있어 원수(62, 71)의 수면이 일정레벨로 유지된다. 이 경우, 농축원수 배출수단은 증발캔(60) 또는 원수탱크(72)의 하부에 연결된 제어밸브(V2, V7)에 의해 구성될 수도 있다.
또한, 원수는 증발캔(60)의 하부에 연결된 제어밸브(V3)를 개방하고 진공펌프(VP)에 의해 증발캔(60)의 내부를 감압함으로써 증발캔(60)내로 공급될 수도 있다. 즉, 증발공정의 준비단계에서, 원수공급은 증발캔의 진공화와 동시에 행해질 수도 있다. 이 경우, 원수공급수단은 제어밸브(V1, V3, V10) 및 진공펌프(VP)에 의해 구성된다. 진공펌프(VP)의 작동 및 이들 제어밸브(V1 내지 V10)의 개폐동작은 제어기(C)에 의해 제어된다.
증발캔(60)의 캔본체(61)내에 생성된 수증기(63)를 응축함으로써 얻어진 증류수(76)는 증류수탱크(T)내에 저장되고, 장치의 작동이 완료되고 장치의 내부가 대기에 개방된 후 밸브(V9)를 개방함으로써 증류수가 필요한 각각의 장소에 공급되도록 시스템이 구성된다는 것을 유의해야 한다.
상기한 탈염장치내에 사용되는 저온의 폐열원은, 터빈을 구동하는데 사용하기 위한 스팀을 얻기 위해 외부에서 공급되는 일정량의 에너지를 필요로 하는 열에너지를 구비한 열원이다. 저온의 폐열원은 원자력발전소 또는 열발전소내의 전력생산용 스팀터빈으로부터의 배기스팀을 포함한다. 바람직하게는, 저온의 폐열원은 전력발전소의 사이클의 중간점으로부터 추출된 열(사이클내의 중간점으로부터 추출된 열은 전력생산효율을 감소시킨다)이여서는 안되며, 오히려 바람직하게는 탈염장치는 응축기로부터 배출되고 폐기되어 사용되지 않는 저온의 폐열원을 사용하여야 바람직하며, 따라서 전력생산효율에 아무런 영향을 미치지 않는다.
저온의 폐열원으로서, 일반적으로 50℃ 내지 60℃의 범위의 폐열을 얻을 수 있다. 그러나, 본 발명의 탈염장치는 장치내에서 사용되는 폐열이 약 30℃의 온도를 가진 경우라도 충분한 성능을 제공할 수 있으며, 이후의 실시예를 참조하여 설명한다.
상기한 바와 같이 배치된 탈염장치는 하루 24시간 내내 연속적으로 작동될 수 있다. 그러나, 탈염장치는 예를 들면, 다음과 같이 작동될 수도 있다. 먼저, 소정량의 원수(62)가 원수공급수단을 작동시킴으로써 증발캔(60)내로 공급되고 밸브(V1, V10)를 개방하고 진공펌프(VP)를 작동시킴으로써 증발캔(60)은 진공된다. 소정의 진공도가 증발캔(60)내에 생성되면, 밸브(V1 및 V10)를 폐쇄하고, 진공펌프(VP)의 작동은 중지되며, 저온의 폐열원(11)이 공급된다. 그에따라 증발증류가 즉시 개시된다. 상기한 바와 같이, 증발캔(60)의 증발 및 원수(62)의 증발캔으로의 공급이 진공펌프(VP) 및 제어밸브(V1, V3, V10)를 작동시킴으로써 동시에 개시된다. 일괄작동의 경우, 시스템은 탈염장치의 작동중 적절한 때에 적절하게 가스추출한다. 왜냐하면 진공의 초기단계에서는, 증발 및 응축동안에 열전달을 방해하는 원수(62)내의 비응축성가스가 적절하게 추출될 수 없기 때문이다.
증발증류가 소정 농도까지 행해진 후, 농축된 원수(62)는 소금의 침전을 방지하기 위해 배출된다. 이것은 제어밸브(V1, V6)를 개방하여 장치를 대기에 개방한 후, 증발캔의 하부에 연결된 제어밸브(V2)를 개방하여, 그로부터 농축된 원수의 자연적인 흘러내림에 의해 행해질 수 있다. 그 다음, 밸브(V6)를 폐쇄하고, 상기한 바와 같이 진공펌프(VP) 및 제어밸브(V1, V3, V10)를 작동시킴으로써 새로운 원수를 다시 증발캔내로 공급하고, 진공펌프에 의해 증발캔을 더욱 진공시킴으로써 증발증류가 계속될 수 있다. 이 경우, 탈염장치에 필요한 전력은 주로 증발에서 요구되는 전력이며, 진공펌프(VP)는 장치의 소정의 진공도를 형성하도록 작동의 초기시에 소정시간에만 작동된다. 따라서, 일단 소정량의 원수(62)가 증발캔(60)내로 공급되고 소정의 진공도로 진공이 행해지면, 증발증류가 행해진다. 따라서, 일괄작동을 행할 수 있으며, 연속작동과 달리, 감소된 전력으로 작동될 수 있다.
증발 및 응축동안 열전달을 방해하는 공기와 같은 시스템내의 비응축성가스를 시스템 밖으로 효과적으로 배출하기 위해 시스템으로부터의 가스의 추출은 제어밸브(V1, V10)를 개방하고 진공펌프(VP)를 작동시킴으로써 주기적으로 행해진다. 2시간 마다 60초동안 가스추출을 행하면 신뢰할 만한 증발증류효과를 얻을 수 있다는 것이 실험에 의해 확인되었다. 그러나, 실제로는 어떠한 추출공정도 실제적으로 필요치 않다는 것이 알려졌으며, 가스추출동안의 진공펌프의 작동시간을 최소화하는 것이 가능하다.
예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 증발캔(60)을 대기에 개방함으로써 원수를 교체해야 할때에는, 전환밸브(V4, V5)는 전환되어 가열매체(13)가 증발캔(60)에 병렬로 연결된 증발캔(60')으로 흐르게 하고, 제어밸브(V1) 및 대기개방밸브(V6)가 개방된다. 이 때, 제어밸브(V1')는 폐쇄된 채로 남아 있으며, 증발캔(60')의 내부는 소정 진공레벨로 유지된다. 따라서, 증발캔(61')은 진공상태로 유지되고 그 내부에서 증류공정이 발생한다. 원수(62)가 증발캔(60) 밖으로 배출된 후에, 대기개방밸브(V6) 및 추출밸브(V1)는 폐쇄되며, 증발캔(60)의 내부는 진공펌프(VP)를 작동시킴으로써 감압되고, 제어밸브(V1, V3, V10)를 개방함으로써 원수를 증발캔(60)내로 도입한다. 이러한 방식으로, 원수(62)는 교체된다. 원수(62)가 증발캔(60)내로 소정레벨까지 도입되면, 제어밸브(V3)는 폐쇄된다. 증발캔(60)내의 압력이 소정 진공도에 도달한 후, 제어밸브(V1, V10)는 폐쇄되고, 진공펌프(VP)의 작동은 중지되며, 증발캔(60)용 전환밸브(V4 및 V5)는 개방되어, 정상작동을 개시한다. 제어기(C)는 진공펌프(VP)의 작동 및 제어밸브(V1 내지 V10)의 개폐를 제어한다. 증발캔(60')의 원수는 유사한 공정을 실행함으로써 교체될 수 있다. 따라서, 저온의 폐열원을 연속적으로 사용하는 정격 연속작동을 행할 수 있다.
도 9에 도시된 병렬로 연결된 증발캔(60')의 갯수는 반드시 하나로 제한되지 않으며, 2개이상의 증발캔(60')이 사용될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 도 4에 도시된 멀티스테이지 구조로 배치된 복수의 증발캔 열들이 병렬로 연결될 수도 있다. 따라서, 상기한 경우에서와 같이, 저온의 폐열원을 연속적으로 사용하는 정격 연속작동을 행할 수 있다. 또한, 폐열원에서의 변화를 뒤따르는 작동, 예를 들면, 작동될 증발캔의 갯수를 변경시킴으로써 처리될 물의 양이 변하는 작동을 행하는 것이 가능하다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 탈염장치에서 사용되는 전력은 주로 진공펌프에 필요한 전력이므로, 전체 전력소모는 최소화된다. 만약 일괄작동이 행해지면, 진공펌프는 증발캔내에 소정의 진공도를 형성하도록 단지 작동초기시의 소정시간동안만 작동되므로, 전력소모는 더욱 효과적으로 최소화된다. 또한, 항상 진공펌프를 별개로 제공할 필요가 있는 것은 아니다. 사실상, 전력발전소 또는 다른 유사설비내에 마련된 진공펌프를 이용하는 것도 가능하다. 또한, 외부 전력공급의 필요없이, 후술될 태양 광전지 전력생산설비를 제공하는 것도 가능하다. 따라서, 전력원으로서 자연에너지, 예를 들면, 태양 광전지 전력생산설비 또는 풍력 전력생산설비를 채용하는 전력생산설비를 이용하는 것도 가능하다.
도 10a는 상기한 바와 같은 탈염장치가 전력발전소의 전력생산용 스팀터빈(예를 들면, 응축터빈)의 응축기에 병렬로 결합된 시스템의 구성예를 나타낸다. 보일러(100)로부터 배출된 스팀은 스팀저장기(101)를 통해 응축터빈(102)으로 공급되어 발전기(103)를 구동시킨다. 응축터빈(102)으로부터 배출된 스팀은 저압 스팀 응축기(104)에서 응축되고 응축물탱크(105)내에 저장되며, 가스제거기(106)을 통해 보일러(100)로 복귀된다.
본 발명에 따른 탈염장치(200)는 저압스팀 응축기(104)에 병렬로 연결된다. 응축터빈(102)로부터 스팀 및 해수를 탈염장치(200)에 공급함으로써 탈염공정이 이루어지며, 스팀은 저온 열원으로서 0.03㎏/㎠ 내지 0.05㎏/㎠의 범위의 압력과 24℃ 내지 34℃의 범위의 온도를 가지며, 해수는 원수 및 냉각수로서는 15℃ 내지 25℃의 범위의 온도를 가진다. 결과적으로, 본 발명의 탈염장치는 효과적인 탈염공정을 행할 수 있음이 확인되었다. 비록 이 실시예에서, 탈염장치는 저압스팀 응축기(104)와 병렬로 결합되었지만, 탈염장치(200)는 도 10b에 도시된 바와 같이, 저압스팀 응축기(104)와 직렬로 결합될 수 있으며, 또는 도 10c에 도시된 바와 같이, 저압스팀 응축기(104) 대신에 사용될 수 있음을 알아야 한다. 후자의 경우, 저압스팀 응축기(104)는 설치되지 않고, 응축터빈(102)로부터 배출되는 모든 저압스팀이 탈염장치(200)로 도입되도록 구성된다.
응축터빈으로부터 배출된 스팀의 상기한 압력과 온도 및 해수의 온도는 단지 예를 든 것에 불과하며, 저온 폐열원의 압력과 온도 및 원수의 온도는 저온 폐열원의 종류나 시스템이 설치된 지역등에 따라 변한다.
도 11은 태양 광전지 전력생산장치가 제공된 탈염시스템의 구성을 나타내는 것으로서, 탈염장치는 태양 광전지 전력생산설비를 더욱 포함하여, 탈염장치는 태양 광전지 전력생산설비로부터 공급되는 전력을 구동전력으로서 사용한다.
더욱 구체적으로 설명하면, 도면에 도시된 바와 같이, 복수의 태양전지(solar cell; 301)를 구비한 태양 광전지 전력생산장치(300)가 제공되며, 생산된 전기는 전력생산 제어패널(302)을 통해 배터리(303)내에 저정된다. 또한, 구동전력은 필요에 따라 탈염장치(200)의 진공시스템에 연결된 진공펌프(304)에 공급된다.
도 12 내지 도 15는 본 발명에 따른 탈염장치를 유닛화한 구성을 나타내며, 탈염장치의 구성요소는 하나의 유닛으로서 단일 프레임내에 결합된다. 도 1 내지 도 4, 도 9와 도 12 내지 도 15에 공통한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 12는 단일 캔형태의 탈염장치의 장치구성요소가 단일 프레임(F)내에 결합된 예를 나타낸다. 즉, 도 2에 도시된 증발캔(60), 열교환기(92), 응축기(20), 증류수탱크(T) 및 진공펌프(VP)는 유닛(U)으로서 단일 프레임(F)내에 결합된다. 소망한다면, 열교환기(10)도 유닛(U)내에 결합될 수 있다.
도 13은 다중효과 캔형태(직렬연결된 2스테이지)의 탈염장치의 장치구성요소가 단일 프레임(F)내에 결합된 예를 나타낸다. 즉, 도 4에 도시된 증발캔(60, 60'), 열교환기(92, 92'), 응축기(20), 증류수탱크(T) 및 진공펌프(VP)가 하나의 유닛(U')으로서 단일 프레임(F)내에 결합된다. 소망한다면, 열교환기(10)도 유닛(U')내에 결합될 수 있으며, 스테이지의 개수도 증가시킬 수 있다.
도 14는 다중효과 캔형태(병렬연결된 2스테이지)의 탈염장치의 장치구성요소가 단일 프레임(F)내에 결합된 예를 나타낸다. 즉, 도 9에 도시된 증발캔(60, 60'), 열교환기(92, 92'), 응축기(20, 20'), 증류수탱크(T) 및 진공펌프(VP)가 하나의 유닛(U'')으로서 단일 프레임(F)내에 결합된다. 소망한다면, 열교환기(10)도 유닛(U'')내에 더욱 결합될 수 있으며, 스테이지의 개수도 증가시킬 수 있다. 또한, 바람직하다면, 단일 응축기(20)은 2개의 응축기(20, 20)로 대체될 수도 있다.
도 15는 복수의 상기한 유닛화된 탈염장치가 단일 유닛(U''')내에 더욱 결합된 구성예를 나타낸다. 이 실시예에서, 도 13에 도시된 다중효과 캔형태의 2개의 탈염장치 유닛(U')이 상하로 배치되어 결합되어 있다. 도시되지 않았지만, 도 14에 도시된 복수의 스테이지가 병렬로 연결된 다중효과 캔형태의 탈염장치 유닛(U'')이 하나의 유닛내에 결합될 수 있으며, 더 나아가 소망한다면, 그 내부의 스테이지 갯수도 증가시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 장치구성요소를 단일 유닛으로 유닛화함으로써 또는 유닛화된 장치를 단일 유닛으로 더욱 결합함으로써, 장치의 운반, 반입, 설치등이 더 쉬워진다. 또한, 상기한 실시예에서, 단일 진공펌프(VP)가 진공펌프의 성능 및 장치의 용량에 따라 복수의 진공펌프대신 사용될 수 있다.
도 16은 병렬로 연결된 2개 이상의 유닛이 단일 유닛내에 결합된 유닛의 구성예를 나타낸다. 도 16에서, 참조부호(22)는 원수이며, 참조부호(23)는 농축원수이며, 참조부호(T')는 가열매체탱크이며, 참조부호(P')는 가열매체펌프이며, 참조부호(24)는 담수이며, 참조부호(P)는 담수펌프이다.
가열매체가 액상으로 사용되는 경우에, 가열매체탱크(T') 및 가열매체펌프(P')는 불필요하다.
(실시예)
도 17은 본 발명이 (직렬로 배치된) 3중효과 구조로 배치된 증발캔을 사용하는 진공증발형태의 탈염장치에 적용된 예를 나타낸다. 앞선 실시예에서와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
이 실시예에서의 작동조건은 다음과 같다.
(1) 작동모드
일괄작동:
일괄작업마다 5시간 소요, 하루 4번 반복, 일괄작업사이의 전환시간은 1시간 소요, 전체 작동사이클은 24시간 소요.
(2) 온도조건
사용된 열원: 폐증기 온도 34℃
냉각수: 해수 온도 15℃
(3) 진공펌프
스크롤 진공펌프 1.5㎾
진공펌프는 5시간마다의 일괄작동의 초기에 약 30분 작동됨
(4) 증발캔 크기 증발캔당 1.2 ㎥
장치의 여러부분에서의 온도 및 유랑은 도며에 도시된 바와 같다.
이 실시예에서, 장치에 의해 최종적으로 얻어지는 증류수의 양은 하루당 2.4톤이다. 장치에서의 소비전력은 냉각수펌프를 포함하면 하루당 26.37㎾h이며, 냉각수펌프를 배제하면(즉, 진공펌프만의 소비전력) 하루당 3.5㎾h이다.
결과적으로, 물생산 용량은 냉각수펌프를 포함하면 톤당 10.99㎾h이며, 냉각수펌프를 배제하면 톤당 1.45㎾h이다. 냉각수펌프에서 소비되는 전력을 배제하면, 물생산 용량은 폐온수와 상기한 실시예에서와 동일한 온도를 가진 냉각수를 사용하는 담수형 탈염장치에 비해 40배이상이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 뛰어난 효과를 제공한다:
(1) 본 발명의 탈염장치는 지금까지 열원으로서 사용되지 않았던 저온의 폐열원, 예를 들면, 열발전소 또는 원자력발전소로부터의 저온의 폐열원을 열원으로서 사용한다. 따라서, 지금까지는 폐기되었던 그러한 열을 효과적으로 활용할 수 있다.
(2) 전력생성용 연료의 운반 및 폐열을 처리할 장소(열복사원)의 확보 차원에서 바다에 인접하여 설치되는 열발전소 또는 원자력발전소의 위치조건을 이용하여, 열발전소 또는 원자력발전소로부터 배출되는 저온의 폐열을 열원으로서 사용하고 최종 스테이지에서 응축기용 냉각원으로서 해수를 사용함으로써, 매우 안정된 열원 및 냉각원의 공급을 보장할 수 있고 안정된 탈염공정을 행할 수 있다. 또한, 저온의 폐열원으로서, 고립된 지역(예를 들면, 캠프등)에서의 전력발생기로부터의 폐열 및 동반발생되는 폐열이 사용될 수도 있다. 냉각원으로서, 냉각탑으로부터의 물이 사용될 수 있거나 냉각탑으로부터의 물의 종속사용도 가능하다.
(3) 지금까지 에너지원으로서 사용되지 않았던 저온의 폐열원의 종속사용은 화석연료의 사용을 억제하고 지구온난화가스의 발생을 최소화할 수 있다. 따라서, 지구환경에 친화적인 탈염장치를 통해 자원재생기술을 제공할 수 있다.
(4) 본 발명에 따르면, 원수는 증발캔내에 저장되고, 증발캔의 내부는 진공펌프에 의해 감압된다. 또한 원수는 저온의 폐열로 가열되어, 저온하에서의 증발이 촉진된다. 따라서, 전력발전소등에 의해 발생되는 저온의 폐열을 사용하여 탈염공정을 행할 수 있다.
(5) 또한, 저온 공정이 행해질 수 있기 때문에, 비록 사용된 열원과 냉각수사이의 온도차가 작더라 하더라도, 다중효과 증발캔 시스템을 사용하고 열을 반복적으로 사용함으로써 증발효율을 개선할 수 있다.
(6) 더 나아가, 캔내에 저장된 원수가 증발되기 때문에, 간헐적 또는 일괄 동작이 행해진다. 따라서, 전력소비는 눈에 띄게 감소된다. 특히, 장치의 내부가 작동의 개시시에 진공되고, 장치의 내부가 작동의 종료때에 대기에 개방되도록 일괄모드로 장치가 작동된다면, 진공펌프를 작동시키거나 중단함으로써 원수를 장치내로 공급하거나 농축원수를 장치 밖으로 배출하는 것이 가능하다. 따라서, 장치는 기본적으로 진공펌프의 작동만으로도 작동가능하다. 또한, 진공펌프는 일괄작동의 개시시에 소정시간동안에만 작동되어 증발캔내의 소정 진공도를 형성한다. 따라서, 전력소모는 더욱 감소된다.
(7) 또한, 하나의 장치에서 다른 장치로 일괄형태의 복수의 장치들을 전환하여 일괄형태의 복수의 장치들을 병렬로 작동시킴으로써 연속동작이 행해질 수 있다.
(8) 높은 효율과 낮은 전력으로 장치가 작동될 수 있기 때문에, 전체 장치는 컴팩트한 유닛으로 유닛화될 수 있다. 따라서, 장치의 운반, 반입 및 설치가 용이하다.

Claims (22)

  1. 원수(raw water)를 탈염하는 방법으로서,
    (1) 상기 원수를 제한된 공간수단내로 공급하는 단계;
    (2) 상기 제한된 공간수단을 진공시키고 그 내부를 감압하는 단계;
    (3) 저온의 폐열을 상기 제한된 공간수단내로 공급하여 상기 저온의 폐열과 상기 제한된 공간수단내의 원수가 열교환하게 하여 상기 제한된 공간수단내에서 수증기(63)를 발생시키는 단계; 및
    (4) 상기 수증기를 냉각하여 증류수를 얻는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탈염방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제한된 공간수단은 단일 증발캔으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탈염방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제한된 공간수단은 직렬로 연결된 복수의 증발캔으로 이루어지며, 상기 저온의 폐열은 제 1증발캔으로 공급되고, 인접한 증발캔 각각의 쌍에서, 하류측 증발캔은 상류측의 증발캔으로부터 수증기를 받아, 하류측의 증발캔내의 원수로 수증기를 냉각하여 증류수를 생성하고, 동시에 하류측 증발캔내의 원수가 가열되어 수증기를 발생시키는 것을 특징으로 하는 탈염방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제한된 공간수단은 병렬로 연결된 복수의 증발캔으로 이루어지며, 상기 (1)단계 내지 (4)단계는 하나의 증발캔으로부터 다른 증발캔으로 전환되어 연속적인 탈염작동을 가능케 하는 것을 특징으로 하는 탈염방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공단계는 간헐적으로 또는 임의의 시기에 행해지는 것을 특징으로 하는 탈염방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 진공단계는 탈염공정의 개시시에 소정 시간동안 행해지는 것을 특징으로 하는 탈염방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서,
    원수를 상기 제한된 공간수단내로 공급하는 단계는 상기 제한된 공간수단을 원수원(raw water source)에 개방한 상태에서 상기 제한된 공간수단을 진공시킴으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 탈염방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    농축원수를 상기 제한된 공간수단 밖으로 배출하는 단계를 더욱 포함하여 이루어지며,
    상기 제한된 공간수단을 대기에 개방한 후, 상기 제한된 공간수단을 개방하여 그것으로부터 상기 농축원수가 흘러내리게 함으로써, 상기 배출단계가 행해지는 것을 특징으로 하는 탈염방법.
  9. 저온의 폐열과 증발캔내의 원수를 열교환시켜 증발캔내에 수증기를 발생시키도록 증발캔과 상호작용하는 열교환기;
    상기 증발캔으로부터 수증기를 수용하고 상기 수증기를 원수탱크내의 원수와 열교환시켜 수증기를 냉각하여 증류수를 얻도록 원수탱크와 상호작용하는 응축기;
    상기 증류수를 저장하는 증류수탱크;
    상기 증발캔내에서 수증기의 발생을 촉진하도록 상기 증발캔을 진공시키고 그 내부를 감압하는 진공수단; 및
    원수를 상기 증발캔에 공급하기 위한 원수공급수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  10. 저온의 폐열과 증발캔내의 원수를 열교환시켜 증발캔내에 수증기를 발생시키도록 증발캔과 상호작용하는 열교환기;
    상기 증발캔으로부터 수증기를 수용하고 상기 수증기와 냉각수를 열교환시켜 상기 수증기를 냉각하여 증류수를 얻도록 되어 있는 응축기;
    상기 증류수를 저장하는 증류수탱크;
    상기 증발캔내에서 수증기의 발생을 촉진하도록 상기 증발캔을 진공시키고 그 내부를 감압하는 진공수단; 및
    원수를 상기 증발캔에 공급하기 위한 원수공급수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 저온의 폐열은 공장내의 전력생산을 위한 스팀터빈으로부터의 배기스팀의 잠재열인 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 탈염장치는 상기 전력생산용 스팀터빈의 응축기와 직렬로 및/또는 병렬로 결합되거나 또는 상기 응축기 대신에 사용되는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  13. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    복수의 증발캔이 제공되며, 상기 열교환기는 제 1증발캔과 상호작용하도록 배치되며,
    인접한 증발캔 각각의 쌍에서, 하류측 증발캔이 상류측 증발캔으로부터 수증기를 수용하고 하류측의 증발캔내의 원수로 상기 수증기를 냉각하여 증류수를 생성하고, 동시에 하류측 증발캔내의 원수가 가열되어 수증기를 발생시키도록, 상기 응축기가 배치되는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  14. 제 9항 내지 제 13항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈염장치는 상기 진공수단의 작동과 상기 증발캔에 연결된 제어밸브의 개폐를 제어하기 위한 제어수단을 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제어수단은 상기 진공수단과 상기 제어밸브를 제어하여 상기 증발캔의 진공동작 및 상기 증발캔의 대기로의 개방동작이 간헐적으로 반복되도록 하는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,
    복수의 증발캔은 병렬로 줄지어 배치되고, 각각의 열(row)들은 하나 이상의 증발캔으로 이루어지며, 상기 제어수단은 상기 진공수단과 상기 제어밸브를 제어하여 상기 모든 열들내의 상기 증발캔들이 동시에 대기에 개방되지 않도록 하여 연속작동을 가능케 하는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  17. 제 14항 내지 제 16항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원수공급수단은, 상기 진공수단 및 상기 제어수단에 의해 개폐되는 상기 증발캔의 하부에 연결된 상기 제어밸브에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  18. 제 14항 내지 제 17항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈염장치는 상기 증발캔으로부터 농축원수를 배출하기 위한 농축원수 배출수단을 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 농축원수 배출수단은 상기 제어수단에 의해 개폐되는 상기 증발캔의 하부에 연결된 상기 제어밸브에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  20. 제 10항 내지 제 17항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증발캔, 열교환기, 응축기, 증류수 탱크, 진공수단 및 원수공급수단은 단일 프레임에 유닛화되는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  21. 제 18항 또는 제 19항에 있어서,
    상기 증발캔, 열교환기, 응축기, 증류수 탱크, 진공수단, 원수공급수단 및 농축원수 배출수단은 단일 프레임내에 유닛화되는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
  22. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    단일 프레임내에 유닛화된 복수의 상기 탈염장치는 단일 유닛내에 더욱 결합되는 것을 특징으로 하는 탈염장치.
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