KR20140031574A - 발전소 온배수를 이용한 염전 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전소 온배수를 이용한 염전 설비에 관한 것으로; 발전소 터빈을 냉각시킨 온배수를 바다로 흘려보내는 온배수 관로에 설치되어 1차 열매체와의 열교환을 일으키는 열교환수단과, 상기 열교환수단에서 온배수와의 열교환 된 1차 열매체를 강제순환하는 순환펌프와, 상기 순환펌프에 의해 순환되는 1차 열매체와 열교환을 통해 2차 열매체를 고온으로 가열하는 히트펌프와, 상기 히트펌프에 의해 가열된 2차 열매체가 순환하며 염전 바닥에 구비되는 히팅관체로 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 화력발전소나 원자력발전소 등의 발전소 냉각에 사용되어 배출되는 온배수의 폐열을 열교환을 통해 염전의 수분 증발을 위해 사용하여 자연 증발에 의한 경우에 비해 소금의 생산성을 높을 수 있다.

Description

발전소 온배수를 이용한 염전 설비 { saltern facility using thermal effluent }

본 발명은 발전소 온배수를 이용한 염전 설비에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 소금을 생산하는 염전의 구조를 개선하고 발전소의 냉각용으로 사용하고 배출되는 온배수를 이용해 소금의 생산성을 높이는 발전소 온배수를 이용한 염전 설비에 관한 것이다.

일반적으로 염전(鹽田)은 소금을 얻기 위해 바닷물(해수)을 농축시키는 지반(地盤)이다.

인류가 바닷물로부터 소금을 얻은 것은 해안 바위의 파인 곳에 남아 있던 바닷물이 햇빛에 의해 증발하여 농축된 것을 발견하면서부터였을 것으로 추측된다.

염전은 태양열이나 바람의 힘 등 천연 에너지를 이용하여 소금을 얻는 지반을 말한다. 식염은 염전에서 얻어진 농축염수를 증발장치를 이용하여 더욱 농축시켜 결정을 석출(析出)해내는 것이다.

이와 같은 소금은 주로 천연 에너지를 이용하여 바닷물에서 석출해내는 염전을 천일(天日)염전이라고 하는데 세계 제염 양의 약 1억t의 1/3이 천일염이다.

세계 염전의 대부분이 이 방식을 이용하며 특히 기상조건이 좋은 멕시코, 오스트레일리아, 지중해 연안 등에서 이 방법이 널리 사용되고 있다.

해안 근처의 저수지, 증발지, 결정지의 3지(三池)를 큰 것에서부터 작은 것 순으로 단계적으로 배치하여, 저수지에 담은 바닷물을 증발지로 보내고 이곳에서 농축된 바닷물을 다시 결정지로 보내어 소금을 석출하는 것이다. 천연 에너지를 이용하여 소금을 석출하기 때문에 값이 싼 것이 큰 이점이다.

천일염전의 적지 요소는 토질, 기후, 해수, 지세, 지반의 상태, 교통 등이다. 토질은 미사분(微砂分) 60％와 점토 40％가 혼합된 것이 바람직하고, 기후조건은 연평균기온 25℃를 유지하고 연간증발량이 3,000㎜ 이상이면 적당하다.

이와 같은 천일 염전은 오랜기간 자연에너지를 이용하여 수분을 증발시키는 구조로 이루어져 소금을 생산하는데 많은 시간이 소요되어 생산성이 낮은 문제가 있다.

한편, 화력발전소나 원자력발전소 등의 경우에는 발전기 터빈을 냉각시켜주기 위해 해수를 냉각수로 사용된 후 배출하는데 이와 같은 온배수는 고온의 물로서, 주위의 수온과 보통 7 ∼ 10 ℃의 온도차가 생긴다.

특히 온배수의 영향으로 발전소 주변의 환경조건이 변화해 해조류, 어란에 피해를 주는 등 생태계 파괴 염려가 있어 온배수의 온도를 낮출 필요가 있다.

따라서, 이러한 점들에 착안한 것으로서, 본 발명은 화력발전소나 원자력발전소 등의 발전소 냉각용으로 사용한 온배수의 폐열을 이용해 염전의 소금물을 가열하여 소금의 생산성을 높을 수 있는 발전소 온배수를 이용한 염전 설비를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 염전 내부로 외부의 이물질 투입을 최대한 억제하면서도 염전의 수분 증발 효율을 높일 수 있어 양질의 소금을 단기간에 생산할 수 있는 발전소 온배수를 이용한 염전 설비를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

발전소 터빈을 냉각시킨 온배수를 바다로 흘려보내는 온배수 관로에 설치되어 1차 열매체와의 열교환을 일으키는 열교환수단과, 상기 열교환수단에서 온배수와의 열교환 된 1차 열매체를 강제순환하는 순환펌프와, 상기 순환펌프에 의해 순환되는 1차 열매체와 열교환을 통해 2차 열매체를 고온으로 가열하는 히트펌프와, 상기 히트펌프에 의해 가열된 2차 열매체가 순환하며 염전 바닥에 구비되는 히팅관체로 구성되는 것을 특징으로 하는 발전소 온배수를 이용한 염전 설비를 제공한다.

이때, 상기 염전 바닥 구조는 하부에 열손실을 방지하기 위해 단열재층을 형성하고, 그 상부에 격자형 매쉬를 안착시킨 후 열매체파이프를 지그재그 방향으로 안착하고 시멘트 몰타르층을 형성하고, 매트로 마감한 구조이며, 상기 온배수 관로의 온배수를 공급펌프를 구동하여 배관을 통해 소금 생산을 위해 염전에 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 염전 바닥 상부에는 덮개 구조물이 구비되되, 상기 덮개 구조물은, 벽체와 지붕으로 이루어지며, 상기 덮개 구조물의 일측면에는 외기가 유입될 수 있는 공기유입구가 형성되고, 상기 덮개 구조물의 타측 상부에는 덮개 구조물의 공기를 외부로 배출하는 굴뚝이 구비되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 염전 바닥 상부에는 복수의 가이드레일을 구비하고, 상기 덮개 구조물은 상기 가이드레일을 따라 이동하는 가이드롤러가 구비되는 다수의 다단식 덮개 구조물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 화력발전소나 원자력발전소 등의 발전소 냉각에 사용되어 배출되는 온배수의 폐열을 열교환을 통해 염전의 수분 증발을 위해 사용하여 자연 증발에 의한 경우에 비해 소금의 생산성을 높을 수 있다.

아울러, 본 발명은 온배수의 폐열을 회수하여 재사용함으로서 온배수를 배출하는 온배수 관로 및 발전소 주변의 온도를 낮출 수 있어 생태계 주변의 환경 개선 효과도 있다.

또한, 본 발명은 단일 또는 다단식 덮개 구조물을 이용하여 염전 내부로 외부의 이물질 투입을 최대한 억제하면서도 굴뚝효과를 이용해 염전의 수분 증발 효율을 높일 수 있어 양질의 소금을 단기간에 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발전소 온배수를 이용한 염전 설비의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 염전 바닥의 단면 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 염전의 덮개 구조물의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 염전의 덮개 구조물의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 덮개 구조물의 단면도이다.

본 발명에 따른 발전소 온배수를 이용한 염전 설비를 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징을 이해할 수 있을 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 및 도 2에 의하면, 본 발명에 따른 발전소 온배수를 이용한 염전 설비는 화력발전소나 원자력발전소 등의 발전소 터빈(1)을 냉각하기 위해 냉각수 취수로(10)를 통해 해수가 유입되면 이를 이용해 발전소 터빈(1)을 냉각시킨 온배수를 온배수 관로(20)를 통해 바다로 흘려보낸다.

본 발명은 이와 같은 온배수 관로(20)에 설치되어 1차 열매체와의 열교환을 일으키는 열교환수단(100)과, 상기 열교환수단(100)에서 온배수와의 열교환 된 1차 열매체를 강제순환하는 순환펌프(110)와, 상기 순환펌프(110)에 의해 순환되는 1차 열매체와 열교환을 통해 2차 열매체를 고온으로 가열하는 히트펌프(120)와, 상기 히트펌프(120)에 의해 가열된 2차 열매체가 순환하며 염전(200) 바닥에 구비되는 히팅관체(210)로 구성된다.

이하, 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.

상기 열교환수단(100)은 온배수 관로(20)를 따라 바다로 배출되는 온배수와 1차 열매체의 열교환을 수행한다.

이때, 상기 열교환수단(100)은 합성수지재 파이프인 HDPE(High Density Polyethylene Pipe)를 사용함이 바람직하며, 합성수지재 파이프를 코일 형상으로 말아 온배수와 1차 열매체의 열교환 효율을 높임이 바람직하다.

상기 온배수는 발전소 터빈(1)을 냉각한 후 배출시 일 예로 35℃이며, 열교환을 통해 1차 열매체를 35℃로 상승시키게 된다.

이때, 상기 순환펌프(110)의 구동에 의해 열교환수단(100)에서 열교환된 1차 열매체는 순환하며 히트펌프(120)에서 2차 열매체를 가열하게 된다.

상기 히트펌프(Heat Pump)(120)에는 인가된 전력을 연결 또는 차단하는 메인스위치가 있고, 난방이나 냉방을 위한 전환스위치가 구비되어 있다. 즉 메인스위치를 온(on)시키면 압축기(Compressor)와 순환 펌프가 기동한다. 그리고 전환스위치를 난방 위치에 놓으면 난방을 위한 사이클이 구동되고, 냉방 위치에 놓으면 냉방을 위한 사이클이 구동된다. 이와 같은 히트펌프(120)의 냉난방 메커니즘은 일 예로 등록특허 제10-1095213호에 기재된 바와 같이 공지(公知)의 구성이므로 이에 대한 구체적인 설명은 이하에서는 생략한다.

이와 같은 히트펌프(Heat Pump)(120)를 거쳐 열교환수단(100)인 코일 형상의 합성수지재 파이프로 회수되며 일 예로 25℃로 하강하게 된다. 물론, 열교환수단(100)으로 회수되는 1차 열매체는 다시 온배수와의 열교환을 통해 온도가 상승하게 된다.

그리고, 히트펌프(Heat Pump)(120)를 통해 가열된 2차 열매체는 일 예로 60℃이며, 이는 염전(200) 바닥에 구비되는 히팅관체(210)를 순환하며 염전(200)의 소금물을 가열하여 수분을 증발시키게 된다.

이와 같은 히팅관체(210)를 순환한 2차 열매체는 다시 히트펌프(Heat Pump)(120)로 회수되는데 이의 온도는 일 예로 30℃이다.

한편, 상기 염전(200) 바닥 구조는 하부에 열손실을 방지하기 위해 단열재층(201)을 형성하고, 그 상부에 격자형 매쉬(202)를 안착시킨 후 히팅관체(210)를 지그재그 방향으로 안착하고 시멘트 몰타르층(203)을 형성한 후, 검은색 도막 또는 고무 등의 재질의 매트(204)로 마감한다.

또한, 본 발명은 온배수 관로(20)의 온배수를 공급펌프(130)를 구동하여 배관(132)을 통해 염전(200)에 공급한다. 즉, 상기 온배수는 발전소 터빈(1)을 냉각한 후 배출시 일 예로 35℃로서 이를 직접 소금 생산을 위해 염전(200)에 공급한다. 즉, 소금물의 온도가 온배수의 온도와 동일하므로 증발 효율이 높아져 소금 생산기간을 단축할 수 있게 된다.

그리고 상기 염전(200) 바닥 상부에는 도 3에 도시된 바와 같이 덮개 구조물(300)이 더 구비될 수 있다.

상기 덮개 구조물(300)은 염전에 산성비를 비롯한 소나기, 또는 황사 등 미세먼지의 침입을 방지하고 온실 형태로 수분을 증발할 수 있도록 하기 위한 구조이다.

상기 덮개 구조물(300)은 벽체(310)와 지붕(320)으로 이루어지며, 상기 덮개 구조물(300)의 일측면에는 외기가 유입될 수 있는 공기유입구(312)가 형성되고, 상기 덮개 구조물(300)의 타측 상부에는 덮개 구조물(300)의 공기를 외부로 배출하는 굴뚝(322)이 구비된다.

이와 같은 덮개 구조물(300)은 굴뚝 효과(Stack effect)를 이용하기 위한 구조이다. 굴뚝 효과(Stack effect)란, 고층 건축물이나 굴뚝, 가스관 등에서 부력에 의해 공기가 흐르는 현상이다. 부력은 온도와 습도 차이에서 발생하는 실내와 실외의 공기 밀도 차에서 발생하며, 이것은 양 또는 음의 방향을 가지는 힘으로 나타난다. 이는 자연 환기를 돕는 방향으로 나타날 수 있다.

일 예로 건물에서의 굴뚝 효과를 살펴보면, 건물은 외부로부터 완전히 밀폐되어 있지 않기 때문에 굴뚝 효과는 건물로의 공기 유입을 발생시키는 원인이 될 수 있다. 난방을 하는 동안(일반적으로 겨울) 따듯한 실내 공기는 상승한다. 상승한 따뜻한 공기가 열려 있는 문, 창문, 또는 다른 열려있는 출구를 통해 건물 밖으로 나가는 것은 건물 아래층의 기압을 낮추는 효과를 발생시킨다. 건물 아래층의 기압이 낮아지면 똑같이 열려 있는 문, 창문 등을 통해 차가운 공기가 실내로 유입되게 되고, 이 차가운 공기는 난방으로 인해 다시 가열됨으로써 이 과정을 반복하게 된다.

이와 같은 굴뚝효과를 이용하는 덮개 구조물(300)의 지붕(320)은 굴뚝(322) 쪽은 높고 공기유입구(312) 쪽은 낮게 경사지게 형성하여 공기유입구(312)로 유입되는 외기가 염전에서 증발되는 수분을 머금고 굴뚝(322)으로 빨리 배출되게 함으로서 염전 내 소금물의 수분 증발을 촉진시킨다.

이때, 덮개구조물(300)의 굴뚝(322) 상단에는 환기팬(324)을 구비하고, 덮개 구조물(300)은 염전 바닥 상부에서 30 ~ 50㎝ 높이로 형성함이 바람직하다.

한편, 상기 염전 바닥 상부에는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 덮개 구조물(300)이 구비된다.

상기 덮개 구조물(300)은 염전(200)의 온도를 염전 바닥 온도를 상승시키거나 온실효과로 수분을 증발시키는 것 이외에 필요에 따라 채광(採光)을 통하여 소금물의 온도를 높이기 위해 30 ~ 50㎝의 높이에 개폐식으로 이루어진다.

즉, 상기 염전(200) 바닥 상부에는 복수의 가이드레일(250)을 구비하고, 그 복수의 가이드레일(250)을 따라 이동하는 다수의 다단식 덮개 구조물(300)이 구비된다.

상기 덮개 구조물(300)은 벽체(310)와 지붕(320)으로 이루어지며, 상기 벽체(310)의 하부에는 상기 가이드레일(250)을 따라 이동하는 가이드롤러(350)가 구비된다.

따라서, 온실효과를 이용해 소금을 생산하고자 하는 경우에는 다단식 덮개 구조물(300)을 펼쳐서 수분을 증발시키고, 소금을 걷어내거나 채광을 통한 수분 증발시에는 덮개 구조물(300)들을 가이드레일(250)을 따라 한쪽으로 밀어 놓고 작업을 수행할 수 있다.

이상의 도 1 내지 도 6에 도시된 본 발명에 따른 발전소 온배수를 이용한 염전 설비는 화력 또는 원자력 발전소의 온배수 폐열을 이용가능한 것으로, 여름철에는 염전뿐만 아니라 각종 농수산물 건조에 활용하거나, 히트펌프를 통해 열교환되는 냉열을 온실 내부 재배식물의 성장 온도에 적합한 온도를 유지하는데 사용할 수 있고, 겨울철에는 온실 난방용으로 활용하여 재생에너지를 창출할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예들과 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

1: 발전소 터빈 10: 냉각수 취소로
20: 온배수 관로 100: 열교환수단
110: 순환펌프 120: 히트펌프
130: 공급펌프 200: 염전
201: 단열재층 202: 격자형 매쉬
203: 시멘트 몰타르층 204: 매트
210: 히팅관체 250: 가이드레일
300: 덮개 구조물 310: 벽체
312: 공기유입구 320: 지붕
322: 굴뚝 350: 가이드롤러

Claims (4)

1. 발전소 터빈(1)을 냉각시킨 온배수를 바다로 흘려보내는 온배수 관로(20)에 설치되어 1차 열매체와의 열교환을 일으키는 열교환수단(100)과, 상기 열교환수단(100)에서 온배수와의 열교환 된 1차 열매체를 강제순환하는 순환펌프(110)와, 상기 순환펌프(110)에 의해 순환되는 1차 열매체와 열교환을 통해 2차 열매체를 고온으로 가열하는 히트펌프(120)와, 상기 히트펌프(120)에 의해 가열된 2차 열매체가 순환하며 염전(200) 바닥에 구비되는 히팅관체(210)로 구성되는 것을 특징으로 하는 발전소 온배수를 이용한 염전 설비.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 염전(200) 바닥 구조는 하부에 열손실을 방지하기 위해 단열재층(201)을 형성하고, 그 상부에 격자형 매쉬(202)를 안착시킨 후 열매체파이프(210)를 지그재그 방향으로 안착하고 시멘트 몰타르층(203)을 형성하고, 매트(204)로 마감한 구조이며,
   상기 온배수 관로(20)의 온배수를 공급펌프(130)를 구동하여 배관(132)을 통해 소금 생산을 위해 염전(200)에 공급하는 것을 특징으로 하는 발전소 온배수를 이용한 염전 설비.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 염전(200) 바닥 상부에는 덮개 구조물(300)이 구비되되,
   상기 덮개 구조물(300)은, 벽체(310)와 지붕(320)으로 이루어지며, 상기 덮개 구조물(300)의 일측면에는 외기가 유입될 수 있는 공기유입구(312)가 형성되고, 상기 덮개 구조물(300)의 타측 상부에는 덮개 구조물(300)의 공기를 외부로 배출하는 굴뚝(322)이 구비되는 것을 특징으로 하는 발전소 온배수를 이용한 염전 설비.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 염전(200) 바닥 상부에는 복수의 가이드레일(250)을 구비하고, 상기 덮개 구조물(300)은 상기 가이드레일(250)을 따라 이동하는 가이드롤러(350)가 구비되는 다수의 다단식 덮개 구조물(300)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전소 온배수를 이용한 염전 설비.
   

Images