KR20110080215A - Water furification plant adopting vacuum evaporation method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 오염된 빗물 또는 해수를 정수하여 음용수로 사용할 수 있게 하는 정수설비에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는 진공증발식 증발기를 구비한 정수설비에 관한 것이다.
The present invention relates to a water purification facility that cleans contaminated rainwater or seawater and uses it as drinking water, and more particularly, to a water purification facility having a vacuum evaporator.
최근 지구의 온난화의 영향으로 가뭄이 자주 발생하고, 이에 따라 해안지역 또는 도서지역 등에서 식수로 사용할 수 있는 물이 부족한 지역이 많다. 그리고 전 세계적으로 물부족 국가가 많다. 이와 같이 물이 부족한 지역에서는 해수를 담수화하여 음용수를 제조하거나, 빗물 등을 정수하여 음용수로 사용하고 있다.In recent years, droughts frequently occur due to global warming, and thus, many regions lack water for drinking water in coastal or island areas. And there are many water shortage countries all over the world. In such an area where water is scarce, seawater is desalted to produce drinking water, or rainwater is used as drinking water.
해수를 담수화하거나 오염된 물을 정수하는 방법으로 반투막을 이용한 역삼투압방식과 이온교환막을 이용한 이온교환방식이 널리 사용되고 있는데, 이 역삼투압방식과 이온교환방식의 담수화 시설은 시스템의 초기 설비비용과 유지관리 비용이 아주 높다. 그리고 이들 방식은 고가의 설비임에도 불구하고 담수화 효율이 매우 저조한 문제점이 있다.The reverse osmosis method using a semipermeable membrane and the ion exchange method using an ion exchange membrane are widely used as a method of desalination of sea water or water purification of contaminated water. The administration cost is very high. And even though these methods are expensive equipment, the desalination efficiency is very low.
해수를 담수화하거나 오염된 물을 정수하는 방법으로, 해수를 증발시켜 담수를 생산하는 다단 플래쉬(MSF, Multistage Flush) 증발방법이 알려져 있다. 이 방법은 대기압보다 낮은 압력 상태의 일련의 배관 내부로 가열한 해수(약 90 내지 110℃)를 통과시켜, 가열된 해수가 증발하여 수증기를 발생시키고, 이 수증기를 다시 응축시켜 담수를 생산하는 방법이다.As a method of desalination of seawater or purification of contaminated water, a multistage flush (MSF) evaporation method for producing fresh water by evaporating seawater is known. This method passes heated seawater (approximately 90 to 110 ° C) into a series of pipes at a pressure lower than atmospheric pressure, and the heated seawater evaporates to generate water vapor, and condenses the water vapor again to produce fresh water. to be.
그러나, 이와 같은 다단 플래쉬 증발법을 이용한 담수화 장치 또한 해수를 약 90 내지 110℃ 정도로 가열을 해야 하므로, 에너지의 소비가 많아 운전비용이 많이 소요되고, 그에 따라 경제성이 낮다. 그리고 해수가 유동하는 배관에 해수스케일이 침착되어 배관이 막히는 일이 자주 발생하여 정비 유지가 어려운 문제점이 있다.
However, since the desalination apparatus using the multi-stage flash evaporation method also needs to heat the seawater at about 90 to 110 ° C., it consumes a lot of energy and thus requires a high operating cost, and thus economical efficiency. And there is a problem that the maintenance of the maintenance is difficult because the seawater scale is deposited on the pipe in which the seawater flows and the pipe is frequently blocked.
상기와 같이 지금까지 알려진 해수를 담수화하거나 오염된 물을 정수하는 장치에는 많은 문제점이 있는바, 획기적인 해수담수화 및 오염된 물의 정수방법이 필요하다.As described above, there are many problems in the desalination or contaminated water purification device of the seawater, which requires breakthrough seawater desalination and contaminated water purification methods.
새로운 해수담수화 및 오염된 물의 정수방법은, 장치가 간단하여 초기 설치비가 적게 소요되고, 고장의 염려가 적어야 한다. 그리고 에너지를 적게 소모하여, 담수의 생산비용을 낮출 수 있어야 한다.
New seawater desalination and contaminated water purification methods require simple installation, low initial installation costs, and low risk of failure. And it should consume less energy and lower the cost of producing fresh water.
본 발명의 진공증발식 정수설비는 진공펌프를 이용하여 증발기 내부의 압력을 진공으로 유지하고, 증발기 내부에 가열장치를 구비하여, 처리하고자 하는 해수 또는 오염된 물을 비등시키면서 증발시키는 방법을 취하였다.In the vacuum evaporation water purifying apparatus of the present invention, a vacuum pump is used to maintain the pressure inside the evaporator as a vacuum, and a heating device is provided inside the evaporator to evaporate the seawater or contaminated water to be treated while boiling. .
그리고 증발기에서 증발된 수증기는 컴프레셔를 이용하여 가압하여 응축기에 압입하고, 응축기 내부에 열교환기를 구비함으로써, 수증기가 쉽게 응결되게 하였다.The water vapor evaporated from the evaporator was pressurized using a compressor to pressurize the condenser, and a heat exchanger was provided inside the condenser, thereby allowing the water vapor to easily condense.
그리고 증발에는 가열코일을 구비하고, 가열코일에는 보일러, 태양열 가열기 등의 가열장치에서 가열한 물 또는 스팀을 순환시켜, 처리하고자 하는 물을 일정 온도로 가열하여 용이하게 비등할 수 있게 하였다.
A heating coil is provided for evaporation, and the heating coil circulates water or steam heated in a heating apparatus such as a boiler or a solar heater to easily boil the water to be treated by heating it to a predetermined temperature.
본 발명의 진공증발식 정수설비는 물이 진공상태에서 비등하여 증발되게 함으로써, 해수를 담수화하거나 오염된 물을 정수하는데 소비되는 에너지를 최소화하고, 이에 따라 담수 또는 정수의 생산비를 낮출 수 있다. 또한 본 발명의 진공증발식 정수설비는 비교적 단순한 구성으로써, 초기 설치비가 저렴하고, 또한 고장의 염려가 적어 유지관리비가 적게 소요된다.The vacuum evaporation water purification system of the present invention allows the water to boil and evaporate in a vacuum, thereby minimizing the energy consumed to desalination sea water or to clean up contaminated water, thereby lowering the production cost of fresh water or purified water. In addition, the vacuum evaporative water purification equipment of the present invention has a relatively simple configuration, and the initial installation cost is low, and there is less fear of failure, so the maintenance cost is low.
그리고 본 발명의 진공증발식 정수설비는 비교적 소규모로 건설할 수 있어서, 도서지역의 소규모 마을 단위로 설치할 수 있다.
And the vacuum evaporation water purification equipment of the present invention can be constructed in a relatively small, it can be installed in a small village unit of the island area.
도 1은 본 발명의 전체 구성도이다.
도 2는 증발기의 가동점 부근의 물의 상태도이다.1 is an overall configuration diagram of the present invention.
2 is a state diagram of water near an operating point of the evaporator.
본 발명의 진공증발식 정수설비는 도 1에 도시한 바와 같이, 증발기(1), 응축기(2), 가열장치(3), 진공펌프(4), 컴프레셔(5), 그리고 수증기관(6)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the vacuum evaporation water purification system of the present invention includes an
증발기(1)는 정수 또는 담수화하고자 하는 오염된 물 또는 해수(이하 이를 "원수"라 칭함.)가 유입되어 수증기로 증발하는 곳으로서, 증발기몸체(11)에, 원수가 유입되는 유입구(12), 증발기몸체(11)의 내부에 구비되는 가열코일(13), 그리고 증발된 수증기가 유출되는 증기배출구(14)를 구비하여 구성된다.The
증발기몸체(11)는 압력용기로서, 내부가 진공이 될 경우 외부에서 최대 1기압의 압력이 작용하므로 재질을 강도가 높고 부식에 강한 스테인레스스틸로 하는 것이 좋다. 증발기몸체(11)는 외면에 유리면(Glass Wool) 등의 단열재로 단열층(15)을 형성하여 열손실을 줄이고, 투시창(16)을 구비하여 증발기 내부의 상태를 감시할 수 있게 하는 것이 좋다. The evaporator body 11 is a pressure vessel, and when the inside is vacuumed, a pressure of up to 1 atmosphere is applied from the outside so that the material is made of stainless steel with high strength and strong corrosion resistance. The evaporator body 11 may reduce the heat loss by forming a
가열코일(13)은 열전도가 좋은 동관 또는 알류미늄관을 지그재그로 배열하여, 내부로 흐르는 온수 또는 스팀의 열이 원수로 잘 전달되게 한다.The
증기배출구(14)는 상기 증발기몸체(11)의 상단에 구비되고, 여기에 수증기관(6)이 연결된다.The
응축기(2)는 증발기(1)에서 원수가 증발하여 배출되는 수증기를 응축시키는 기능을 하는 것으로서, 상기 증발기(1)와 수증기관(6)으로 연결된다. 응축기(2)는 응축기몸체(21)의 내부에 열교환기(22)가 구비되어 있다. 수증기를 포함한 기체는 압력이 높고 온도가 낮을수록 잘 응결되므로, 증발기(1)에서 증발한 수증기는 컴프레셔(5)로 가압되어 응축기(2)로 압입된다. 따라서 응축기몸체(21)는 일정한 압력을 견딜 수 있도록 제작된다. The
열교환기(22)는 통상의 라디에이터와 동일한 구조로서, 냉각수관에 다수 개의 방열핀을 부착하여 제작된다. 열교환기(22)의 냉각수관으로는 온도가 낮은 냉각수가 흐르는데, 냉각수는 냉각탑(23)에서 1차로 냉각된 후 냉각기(24)에서 아주 저온으로 2차로 냉각되고, 순환펌프(25)에 의하여 순환하는 구조로 제작할 수 있다. 또한 냉각수는 냉각탑(23) 또는 냉각기(24)만을 사용하여 냉각될 수도 있고, 별도의 냉각장치를 사용하지 않고 온도가 낮은 지하수, 심해 해수 등을 이용할 수도 있다. The
응축기몸체(21)의 하단에는 취수구(26)를 구비하여, 응축된 응축수를 취출하여 사용할 수 있게 한다. 필요에 따라서는 취수구(26)에 필터(29)를 추가로 구비하여, 응축수를 정수하여 음용수로 바로 이용할 수 있다. 그리고 응축기몸체(21)의 상단에는 배기구(27)를 구비하여, 응결되지 못한 수증기를 외부로 방출할 수 있게 하는 것이 좋고, 압력계(28)을 구비하여 응축기(2) 내부의 압력상태를 확인할 수 있게 하는 것이 좋다. 응축기(2) 내부의 압력이 일정 이상으로 오를 경우 배기구(27)를 열어 수증기를 외부로 방출할 수 있다.The lower end of the
가열장치(3)는 물(물 이외의 여타 액체도 가능하다.)을 가열하여, 상기 증발기(1)의 가열코일(13)에 공급하여, 증발기(1)를 가열하는 기능을 한다. 가열장치(3)는 태양열가열기(31)을 이용할 수도 있고, 화석 연료를 이용한 보일러(32)를 이용할 수도 있고, 상기 태양열가열기(31)와 보일러(32)를 함께 사용하여 햇빛이 비치는 낮에는 태양열가열기(31)를 사용하고 해가 진 야간 시간대에는 보일러(32)를 사용하는 방법으로 운용할 수도 있고, 태양열가열기(31)로 1차 가열한 물을 보일러(32)로 더욱 고온으로 2차 가열하여 사용하는 방법으로 운용할 수도 있다. 물은 온수 또는 스팀 상태로 가열할 수 있다. 가열장치(3)는 다수의 밸브(33)와 순환펌프(34)를 구비하여 물을 순환시킨다.The
진공펌프(4)는 상기 증발기(1)와 응축기(2)를 연결하는 수증기관(6)에 설치되어, 증발기(1) 내에서 증발한 수증기를 강제로 배출시켜 증발기(1)를 진공 상태로 유지한다. 여기서 "진공 상태"란 압력이 0기압인 완전 진공을 의미하는 것이 아니고, 대기압인 1기압보다 낮은 압력상태를 의미한다.The vacuum pump 4 is installed in the steam pipe 6 connecting the
도 2는 삼중점 부근의 물의 상태곡선인데, 대기압인 1기압에서 물은 100℃에서 비등하여 수증기가 되고, 0℃에서 응결하여 얼음이 된다. 그러나 그래프에 표시된 가동점의 가동압력으로 증발기(1) 내부의 압력이 낮아지면, 물은 100℃ 보다 낮은 온도인 가동온도에서 비등을 하게 된다. 물이 비등하는 온도에 이르게 되면 증발기(1) 내부의 모든 액체상태의 물은 모두 수증기로 증발하므로, 원수가 급격하게 증발된다. FIG. 2 is a state curve of water near the triple point, where water boils at 100 ° C. to become water vapor at 1 atm, and condenses at 0 ° C. to form ice. However, if the pressure inside the
진공펌프(4)를 가동하여 증발기(1) 내부의 압력을 낮추면서 가열장치(3)로 증발기(1) 내부의 원수를 100℃ 이하의 일정 온도(도 2의 그래프에서 "비등온도"로 표시되어 있음)로 가열하면, 증발기(1) 내부의 압력이 당해 온도에서 비등압력 이하로 낮아지면 원수가 비등하면서 급격히 증발된다. 만약 진공펌프(4)가 증발되는 수증기를 모두 배출시킬 수 있는 용량이라면, 원수는 계속 비등하면서 수증기로 배출된다. While operating the vacuum pump 4 to lower the pressure in the
만약 진공펌프(4)가 증발되는 수증기를 모두 배출시킬 수 없는 용량이라면, 증발기(1) 내부의 압력이 비등압력 이하로 낮아지면 원수가 비등하면서 수증기가 발생하고, 증발된 수증기에 의하여 증발기(1) 내부의 압력이 비등압력 이상으로 높아지면 원수가 비등이 멈추고 수증기의 발생이 멈춘다. 그러다가 증발기(1) 내부의 압력이 다시 비등압력 이하로 낮아지면 물이 다시 비등하면서 수증기가 발생한다. 즉, 이 경우 원수가 일정한 시차를 두고 비등을 반복하면서 수증기로 배출된다.If the vacuum pump 4 is not capable of discharging all of the vaporized water vapor, if the pressure inside the
컴프레셔(5)는 상기 수증기관(6)의 진공펌프(4) 하류에 부착되어, 진공펌프(4)에서 배출되는 수증기를 응축기(2)로 압입한다.The
수증기관(6)에는 진공펌프(4)의 상류에 압력계(61)를 부착하여, 증발기(1) 내부의 진공상태를 모니터링 할 수 있게 하는 것이 좋다.It is preferable to attach the
본 발명의 진공증발식 정수설비는 오염된 물 또는 해수를 음용수로 정수하는 정수 또는 해수 담수화 플랜트에 이용될 수 있다.
The vacuum evaporative water purification equipment of the present invention can be used in purified water or seawater desalination plants that purify contaminated water or seawater to drinking water.
1 : 증발기, 2 : 응축기, 3 : 가열장치, 4 : 진공펌프, 5 : 컴프레셔,
6 : 수증기관,
11 : 증발기몸체, 12 : 유입구, 13 : 가열코일, 14 : 증기배출구,
15 : 단열층, 16 : 투시창
21 : 응축기몸체, 22 : 열교환기, 23 : 냉각탑, 24 : 냉각기,
25 : 순환펌프, 26 : 취수구, 27 : 배기구, 28 : 압력계, 29 : 필터
31 : 태양열가열기, 32 : 보일러, 33 : 밸브, 34 : 순환펌프.
61 : 압력계.1 evaporator, 2 condenser, 3 heating device, 4 vacuum pump, 5 compressor,
6: steam engine,
11: evaporator body, 12: inlet, 13: heating coil, 14: steam outlet,
15: heat insulation layer, 16: viewing window
21 condenser body, 22 heat exchanger, 23 cooling tower, 24 cooler,
25: circulation pump, 26: water intake port, 27: exhaust port, 28: pressure gauge, 29: filter
31: solar heater, 32: boiler, 33: valve, 34: circulation pump.
61: pressure gauge.
Claims (4)
상기 증발기(1)와 수증기관(6)으로 연결되어 증발기(1)에서 증발하여 배출되는 수증기를 응축시키는 기능을 하는 것으로서, 응축기몸체(21), 상기 응축기몸체(21)의 내부에 구비되는 열교환기(22), 그리고 응축된 물을 취출하는 취수구(26)로 구성되는 응축기(2);
상기 증발기(1)의 가열코일(13)과 파이프로 연결되고, 증발기(1) 내부의 원수를 가열하기 위한 온수 또는 스팀을 가열코일(13)에 공급하는, 가열장치(3);
상기 증발기(1)와 응축기(2)를 연결하는, 수증기관(6);
상기 수증기관(6)에 구비되어, 증발기(1)에서 발생하는 수증기를 흡입하는, 진공펌프(4);
그리고, 상기 수증기관(6)의 진공펌프(4) 하류에 구비되어, 상기 진공펌프(4)에서 토출되는 수증기를 상기 응축기(2)에 압입하는, 컴프레셔(5);
를 포함하여 구성되는, 진공증발식 정수설비.The evaporator body 11, which is a container for evaporating raw water, is provided in the evaporator body 11, an inlet 12 through which raw water is introduced, a heating coil 13 wound around the outside of the evaporator body 11, and the evaporator. Evaporator 1, consisting of a steam outlet 14 provided on the upper end of the body (11);
The heat exchanger is connected to the evaporator 1 and the water vapor pipe 6 to condense the water vapor evaporated and discharged from the evaporator 1. The heat exchanger is provided in the condenser body 21 and the condenser body 21. A condenser 2 composed of a gas 22 and a water intake port 26 for taking out the condensed water;
A heating device (3) connected to the heating coil (13) of the evaporator (1) by a pipe and supplying hot water or steam to the heating coil (13) for heating raw water in the evaporator (1);
A steam pipe (6) connecting the evaporator (1) and the condenser (2);
A vacuum pump (4) provided in the steam pipe (6) to suck water vapor generated in the evaporator (1);
And a compressor (5) which is provided downstream of the vacuum pump (4) of the steam pipe (6) and presses water vapor discharged from the vacuum pump (4) into the condenser (2);
Consists of a vacuum evaporative water purification equipment.
증발기몸체(11)의 외부에 단열층(15)을 구비하여, 증발기의 열이 외부로 유실되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는, 진공증발식 정수설비.The method of claim 1, wherein the evaporator 1
The evaporator body (11) is provided with a heat insulating layer (15) outside, to prevent the heat of the evaporator from being lost to the outside, vacuum evaporative water purification equipment.
냉각탑(23)과 냉각기(24) 중의 어느 하나를 추가로 구비하거나, 또는 냉각탑(23)과 냉각기(24) 둘을 모두 추가로 구비하여;
상기 열교환기(22)의 냉각수관으로 흐르는 냉각수를 냉각시켜 순환시키는 것을 특징으로 하는, 진공증발식 정수설비.According to claim 1, wherein the vacuum evaporation water purification equipment,
Additionally having either one of a cooling tower 23 and a cooler 24, or further comprising both a cooling tower 23 and a cooler 24;
Cooling water flowing in the cooling water pipe of the heat exchanger (22), characterized in that for cooling and circulating, vacuum evaporative water purification equipment.
태양열가열기(31), 보일러(32), 그리고 태양열가열기(31)와 보일러(32)를 함께 사용하는 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 진공증발식 정수설비.The method according to claim 1, wherein the heating device (3)
Solar heater (31), boiler 32, and the vacuum evaporative water purification equipment, characterized in that any one of using the solar heater (31) and the boiler 32 together.
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