KR20090030919A

KR20090030919A - 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치

Info

Publication number: KR20090030919A
Application number: KR1020070096610A
Authority: KR
Inventors: 백영진; 송인섭; 박병성
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-03-25
Also published as: EP2039407A3; EP2039407A2; EP2039407B1; KR100907662B1

Abstract

본 발명은 해수 담수화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는열회수부에서 추출된 담수가 열방출부를 통과하지 않고, 히트파이프열방출기에서 냉각된 후 배출되도록 한 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치에 관한 것으로서, 해수를 고온의 증기와 열교환에 의해 가열하고, 가열된 해수가 열회수부 및 열방출부를 차례로 통과하면서 증발 및 응축과정을 거치면서 담수가 생성되도록 하고, 해수와 고온 고압의 증기 사이의 열교환이 이루어지는 다수의 콘텐서를 구비하여 상기 열회수부에 진공을 유지하도록 하는 진공시스템이 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치에 있어서, 상기 열회수부에서 배출되는 고온의 담수와, 히트파이프가 구비되어 대기와의 열교환에 의해 담수의 냉각이 이루어지도록 한 히트파이프열방출기가 구비된 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 열방출부로 공급되는 냉각용 해수의 양을 대폭 줄일 수 있게 되어 가열된 해수에 의한 연안 생태계 파괴를 줄임과 동시에 해수 담수화 장치에 공급되는 해수의 온도를 낮출 수 있게 되어 해수 담수화 장치의 성능을 더욱 증대시킬 수 있게 되고, 해수 취수구 및 해수공급펌프 등의 용량을 줄일 수 있는 효과를 가지게 된다.

해수 담수화, 엠에스에프, MSF, 담수, 냉각, 히트파이프

Description

히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치{MSF desalination apparatus with heat-pipe heat rejector}

본 발명은 해수 담수화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해수를 가열하고 증발시켜 담수를 생산할 수 있도록 한 엠에스에프(MSF : Multi-Stage Flashing) 방식의 해수 담수화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 해수 담수화 장치는 물이 부족한 지역에서 인공적으로 담수를 생산하여 식수나 농업용수 및 공업용수 등으로 사용할 수 있도록 한 것으로서, 해수에서 담수를 분리해 내는 방법에 따라 증발법, 역삼투압법, 전기투석막법, 냉동법 등 다양한 방법 및 그에 따른 해수 담수화 장치가 개발되어 이용되고 있다.

이러한 해수 담수화 장치 중 증발법을 이용한 장치는 발전소의 증기 터빈, 배열 회수 증기 발생기 등으로 부터 고온의 증기를 공급받아 농염수를 가열하고, 그 가열된 농염수로부터 담수를 얻으며, 그 마지막 과정으로 남은 열을 방출한다.

현재 대부분의 대용량 해수 담수화 장치는 저온의 해수를 흡입하여 남은 열을 방출하는 냉각수로 사용하고 있는데, 이를 위해서는 큰 용량의 해수 공급 시스템을 필요로 하며, 해양으로 방출되는 대량의 고온 해수로 인하여 여러가지 환경 문제가 발생하고 있다.

특히, 엠에스에프 해수 담수화 장치는 도 4에서 도시된 것과 같이 발전설비에서 고온의 증기를 공급받아 해수가열기(10)에서 농염수를 가열하고, 가열된 농염수는 열회수부(20)와 열방출부(30)로 구성된 증발기를 거치면서 담수를 생성하고, 남은 농염수 중 일부를 바다로 버리고, 나머지는 다시 순환시켜 담수의 생성에 재사용하고 있다.

또한, 해수 공급 시스템에서는 증발기의 압력을 저하시켜 물의 끓는 온도가 낮아지도록 하는 진공시스템(40)과 증발기의 열방출부(30)에 냉각수를 공급하도록 하고 있는데, 증발기의 열방출부(30)에 사용된 냉각수 중 일부는 담수를 생성하는데 사용되고, 나머지는 바다로 버려지며, 진공시스템(40)에 사용된 냉각수는 전체가 바다로 다시 버려지고 있는 실정이다.

이에 따라, 바다로 방출되는 고온의 해수는 주위 바닷물의 온도를 상승시켜 해수 담수화 장치 주변 환경에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 해수 담수화 장치에서 유입되는 해수의 온도를 상승시켜 해수 담수화 장치의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 대량의 해수를 유입하기 위해서는 해수 취수구와 해수공급펌프의 용량이 그에 맞게 대용량으로 설치되어야 하며, 해수 취수구로부터 해수 담수화 장치로 연결되는 배관들 역시 대용량으로 설치되어야 하는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 열회수부에서 추출된 담수가 열방출부를 통과하지 않고, 히트파이프열방출기에서 냉각된 후 배출되도록 한 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 고온의 담수와 주위 대기 사이의 열 교환이 원활하게 이루어지도록 함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 담수수에 포함된 열이 더욱 신속하게 대기중으로 방출되도록 함에 있다.

한편, 본 발명의 목적은 열방출부에서 방출되는 고온의 냉각수를 히트파이프가 구비된 히트파이프열방출기에서 주위 대기와 열겨환을 통하여 냉각된 후 다시 열방출부로 순환되어 공급되도록 한 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 해수를 고온의 증기와 열교환에 의해 가열하고, 가열된 해수가 열회수부 및 열방출부를 차례로 통과하면서 증발 및 응축과정을 거치면서 담수가 생성되도록 하고, 해수와 고온 고압의 증기 사이의 열교환이 이루어지는 다수의 콘텐서를 구비하여 상기 열회수부에 진공을 유지하도록 하는 진공시스템이 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치에 있어서, 상기 열 회수부에서 배출되는 고온의 담수와, 히트파이프가 구비되어 대기와의 열교환에 의해 담수의 냉각이 이루어지도록 한 히트파이프열방출기가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히트파이프열방출기;는 상기 열회수부에서 배출되는 고온의 담수가 흐르는 담수공급관과, 일측이 상기 담수공급관의 내측에 배치되고 타측이 상기 담수공급관의 외부에 배치되는 히트파이프와, 상기 히트파이프에 상기 진공시스템에서 공급되는 저온의 응축수를 분사하는 응축수공급관으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 공기의 흐름에 의해 상기 히트파이프를 냉각시키는 냉각팬이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

한편, 해수를 고온의 증기와 열교환에 의해 가열하고, 가열된 해수가 열회수부 및 열방출부를 차례로 통과하면서 증발 및 응축과정을 거치면서 담수가 생성되도록 하고, 해수와 고온 고압의 증기 사이의 열교환이 이루어지는 다수의 콘텐서를 구비하여 상기 열회수부에 진공을 유지하도록 하는 진공시스템이 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치에 있어서, 상기 열방출부에서 배출되는 고온의 냉각수와 히트파이프가 구비되어 주위 대기 사이의 열교환에 의해 냉각수의 열을 방출시키도록 한 히트파이프열방출기가 구비된 것을 특징으로 한다.

이에, 본 발명은 열회수부에서 추출된 담수가 히트파이프열방출기에서 냉각된 후 배출되도록 한 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치를 제공함으로서, 열방출부로 공급되는 냉각용 해수의 양을 대폭 줄일 수 있게 되어 가열된 해수에 의한 연안 생태계 파괴를 줄임과 동시에 해수 담수화 장치에 공급되는 해수의 온도를 낮출 수 있게 되어 해수 담수화 장치의 성능을 더욱 증대시킬 수 있게 되고, 해수 취수구 및 해수공급펌프 등의 용량을 줄일 수 있는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 히트파이프열방출기가 담수공급관에 연결된 히트파이프로 구성되도록 하여 고온의 담수와 저온의 대기 사이의 열 교환이 이루어지도록 하며, 상기의 진공시스템의 응축수를 히트파이프에 공급하여 열교환이 원활하게 이루어지도록 함으로서, 추가적인 저온의 해수를 이용하지 않고서도 응축수의 증발잠열을 이용하여 신속하게 고온의 담수를 냉각시킬 수 있는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 냉각팬을 구비하여 응축수의 증발을 촉진하여 히트파이프에 의해 전달되는 열이 더욱 신속하게 대기중으로 방출되도록 함으로서, 냉각 효율이 더욱 증대되는 효과를 가지게 된다.

한편, 본 발명은 열방출부에서 추출된 고온의 냉각수가 히트파이프열방출기에서 냉각된 후 다시 열방출부로 순환되어 공급되도록 한 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치를 제공함으로서, 해수 담수화 장치로 공급되는 담수 냉각용 해수의 양을 대폭 줄일 수 있게 되어 가열된 해수에 의한 연안 생태계 파괴를 줄임과 동시에 해수 담수화 장치에 공급되는 해수의 온도를 낮출 수 있게 되어 해수 담수화 장치의 성능을 더욱 증대시킬 수 있게 되고, 해수 취수구 및 해수공급펌프 등의 용량을 줄일 수 있는 효과를 가지게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 보인 엠에스에프 해수 담수화 장치의 개략 구성도로서, 도시된 것과 같이 본 발명은 발전설비 등에서 공급되는 고온의 증기를 이용하여 해수를 가열하고 증발시켜 담수가 생성되도록 한 엠에스에프(MSF ; Multi-Stage Flashing) 해수 담수화 장치에 관한 것으로서, 특히 담수의 생성 과정에서 고온으로 가열된 담수를 냉각시켜 응축시키기 위한 냉각용 해수의 사용량을 줄이면서도 원활한 냉각 작동이 수행되도록 하기 위하여 열 회수부에서 방출되는 고온의 담수를 냉각시키도록 히트파이프열방출기(50)가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치에 관한 것이다.

상기 해수 담수화 장치는 해수를 가열하고 증발시켜 담수가 생성되도록 하는 것으로서, 해수를 고온의 수증기와 열교환하여 가열시키는 가열기(10) 및 가열기(10)에 의해 가열된 해수를 증발시키는 열회수부(20)와, 열회수부(20)를 통과한 해수가 저온의 해수와의 열교환에 의해 담수가 생성되도록 하는 열방출부(30)로 구성되어진다.

또한, 상기 열회수부(20)에는 담수 생산 과정에서 발생하는 비응축성 가스를 제거하고, 열회수부(20) 내부의 압력을 낮춰 물이 끓는 점이 낮아지도록 저온의 해수와 고온의 수증기가 열교환되는 다수의 콘덴서(41)로 구성된 진공시스템(40)을 결합하여 진공시스템(40)에 의해 열회수부(20)에서 원활한 증발이 이루어지도록 한다.

이 때, 바다에서 끌어올려진 해수는 열방출부(30)의 냉각수로 사용되며, 그 대부분은 다시 바다로 방출되고, 일부는 열방출부(30)에서 방출되는 농염수와 혼합하여 다시 열회수부(20)를 거치도록 하여 열회수부(20)의 냉각수로 이용된 후, 상술한 가열기(10)로 공급되어 고온의 스팀에 의해 가열되어 농염수의 상태로 전환되도록 하고, 다시 열회수부(20)와 열방출부(30)를 순차적으로 통과하면서 가열된 농염수가 증발하면서 담수가 생성되도록 한다.

상기 히트파이프열방출기(50)는 상기 열회수부(20)에서 응축되어 배출되는 담수를 냉각시켜 열방출부(30)에서 적은 양의 저온 해수를 이용하여 원활한 담수의 응축이 이루어지도록 하는 것으로서, 상술한 진공시스템(40)의 응축수를 이용하여 열회수부(20)에서 배출되는 고온의 담수와 대기 사이에 열교환이 이루어지도록 하여 담수가 냉각되도록 한다.

이에 따라, 열회수부(20)에서 생성된 담수가 전체적으로 열방출부(30)로 흘러들어가는 것을 방지하면서, 열회수부(20)에서 응축된 담수를 별도로 냉각시킬 수 있게 되어 담수의 응축에 소요되는 냉각용 해수의 사용량이 현저하게 줄어들게 되어 연안에 고온의 해수를 방류함에 따른 각종 환경파괴를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 해수 담수화 장치에 공급되는 해수의 온도를 낮출 수 있게 되어 해수 담수화 장치의 성능을 더욱 증대시킬 수 있게 되고, 해수 취수구 및 해수공급펌프 등의 용량을 줄일 수 있는 효과를 가지게 된다.

도 2는 도 1의 히트파이프열방출기의 일 예를 보인 개략도로서, 상술한 히트파이프열방출기(50)는 도시된 것과 같이 상술한 열회수부(20)에서 배출되는 고온의 담수가 흐르는 담수공급관(51)과, 상기 담수공급관(51)의 내측에 그 일측단이 배치 되고 타측단이 담수공급관(51)의 외부에 배치되는 히트파이프(52)와, 상기 진공시스템(40)에서 공급되는 저온의 응축수가 상기 히트파이프(52)에 분사되도록 하는 응축수공급관(54)으로 구성된다.

이에 따라, 담수공급관(51)을 흐르는 담수의 열이 히트파이프(52)로 전달된 후에, 히트파이프(52)의 열을 대기 중으로 방출함에 있어서 공급되는 응축수가 증발되도록 함으로써, 증발잠열 만큼의 열을 신속하게 대기 중으로 방출하고, 이를 통하여 담수공급관(51)을 흐르는 담수를 원활하게 냉각시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 상술한 히트파이프열방출기(50)는 담수공급관(51)의 외부로 노출된 히트파이프(52)를 냉각시키는 통상의 냉각팬(53)을 더 구비함으로써, 히트파이프(52)를 흐르는 응축수가 더욱 신속하게 증발할 수 있도록 함으로써, 냉각 효과가 극대화되도록 하는 것이 바람직하다.

도 3는 본 발명의 다른 실시예를 보인 엠에스에프 해수 담수화 장치의 개략 구성도로서, 본 실시예에서는 상술한 실시예에서의 히트파이프열방출기(50)와 동일한 구성의 히트파이프열방출기(50)가 해수 담수화 장치의 열방출부(30)에서 배출되는 고온의 냉각수와, 상술한 진공시스템(40)에서 공급되는 저온의 응축수를 이용한 대기 중으로의 열방출이 이루어지도록 구성된다.

이 때, 히트파이프열방출기(50)를 통과한 냉각수는 다시 열방출부(30)로 순환되어 공급되도록 하고, 이러한 순환 과정을 반복하도록 함으로써, 열방출부(30)의 열을 대기 중으로 방출시킴으로써 동일한 담수를 생성하는데 필요한 해수의 양을 최소화 할 수 있고, 바다로 배출되는 고온 냉각수의 양을 현저히 줄일 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 보인 엠에스에프 해수 담수화 장치의 개략 구성도.

도 2는 도 1의 히트파이프열방출기의 일 예를 보인 개략도.

도 3는 본 발명의 다른 실시예를 보인 엠에스에프 해수 담수화 장치의 개략 구성도.

도 4는 종래 엠에스에프 해수 담수화 장치의 개략 구성도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 가열기

20 : 열회수부

30 : 열방출부

40 : 진공시스템

41 : 콘덴서

50 : 히트파이프열방출기

51 : 담수공급관 52 : 히트파이프

53 : 냉각팬 54 : 응축수공급관

Claims

해수를 고온의 증기와 열교환에 의해 가열하고, 가열된 해수가 열회수부(20) 및 열방출부(30)를 차례로 통과하면서 증발 및 응축과정을 거치면서 담수가 생성되도록 하고, 해수와 고온 고압의 증기 사이의 열교환이 이루어지는 다수의 콘텐서를 구비하여 상기 열회수부(20)에 진공을 유지하도록 하는 진공시스템(40)이 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치에 있어서,

상기 열회수부(20)에서 배출되는 고온의 담수와, 상기 진공시스템(40)에서 공급되는 저온의 응축수를 히트파이프에 공급하여 대기 사이의 열교환을 촉진하는 히트파이프열방출기(50)가 구비된 것을 특징으로 하는 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치.
제 1항에 있어서,

상기 히트파이프열방출기(50);는

상기 열회수부(20)에서 배출되는 고온의 담수가 흐르는 담수공급관(51)과, 일측이 상기 담수공급관(51)의 내측에 배치되고 타측이 상기 담수공급관(51)의 외부에 배치되는 히트파이프(52)와, 상기 히트파이프(52)에 상기 진공시스템(40)에서 공급되는 저온의 응축수를 분사하는 응축수공급관(54)으로 구성된 것을 특징으로 하는 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치.
제 2항에 있어서,

공기의 흐름에 의해 상기 히트파이프(52)를 냉각시키는 냉각팬(53)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치.
해수를 고온의 증기와 열교환에 의해 가열하고, 가열된 해수가 열회수부(20) 및 열방출부(30)를 차례로 통과하면서 증발 및 응축과정을 거치면서 담수가 생성되도록 하고, 해수와 고온 고압의 증기 사이의 열교환이 이루어지는 다수의 콘텐서를 구비하여 상기 열회수부(20)에 진공을 유지하도록 하는 진공시스템(40)이 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치에 있어서,

상기 열방출부(30)에서 배출되는 고온의 냉각수와, 상기 진공시스템(40)에서 공급되는 저온의 응축수의 증발에 의해 대기로 많은 열을 신속하게 방출하도록 하는 히트파이프열방출기(50)가 구비된 것을 특징으로 하는 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치.
제 4항에 있어서,

상기 히트파이프열방출기(50);는

상기 열방출부(30)에서 배출되는 고온의 수증기가 흐르는 담수공급관(51)과, 일측이 상기 담수공급관(51)의 내측에 배치되고 타측이 상기 담수공급관(51)의 외부에 배치되는 히트파이프(52)와, 상기 히트파이프(52)에 상기 진공시스템(40)에서 공급되는 저온의 응축수를 분사하는 응축수공급관(54)으로 구성된 것을 특징으로 하는 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치.
제 5항에 있어서,

공기의 흐름에 의해 상기 히트파이프(52)를 냉각시키는 냉각팬(53)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 히트파이프열방출기가 구비된 엠에스에프 해수 담수화 장치.