KR20160111282A - Vacuum vaporizing solar-wall and Desalination system using the same - Google Patents

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Abstract

According to one aspect of the present invention, the present invention relates to a desalination evaporator (20) for producing pure water from seawater using solar heat. The solar heat evaporator comprises: a solar panel (21) for collecting solar heat; a porous plate (22) connected to the lower side of the solar panel (21) for generating the decline in the pressure of the seawater; and a separator (24) connected to the upper side of the solar panel (21) for separating the steam in which salt is removed. Accordingly, the solar heat evaporator on the basis of a heat collection plate with the increased evaporation of the seawater due to the internal vacuum is capable of modulating an entire system, secures the easier operation and the maintenance, and has effects in promoting environmental performance and movability.

Description

태양열 진공 증발기 및 이를 이용한 담수화 시스템{Vacuum vaporizing solar-wall and Desalination system using the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a solar-type vacuum evaporator and a desalination system using the same,

본 발명은 담수화 플랜트에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 일조량이 풍부한 중동 지역 근해에 본 부유식 진공증발식 태양열 담수화 플랜트를 설치하여 석유 원료를 사용하지 않고, 대용량의 담수를 만들 수 있는 친환경 담수화 플랜트에 관한 것이다.The present invention relates to a desalination plant, and more particularly, to an environmentally friendly desalination plant capable of producing a large amount of fresh water without using petroleum raw materials by installing the floating-type vacuum evaporative solar desalination plant in the middle of the Middle East region rich in the amount of sunshine .

종래의 담수화 플랜트는 해안에 근접한 육상에 설치되었으며, 크게는 역삼투압 방식과 증발식으로 분류될 수 있다. 증발식의 경우 운전을 위한 1차 에너지가 너무 많이 필요하여 에너지 효율이 떨어지고, 역삼투압의 경우 에너지 효율은 높으나 주기적인 필터 교체에 따른 유지비용이 많아 경제성이 떨어진다.Conventional desalination plants are located on the shore near the coast, and can be largely classified as reverse osmosis and evaporative. In case of the evaporation type, the energy efficiency is lowered because the primary energy for the operation is too much, and the energy efficiency is high in the case of the reverse osmosis, but the economical efficiency is low due to the maintenance cost due to the periodical filter replacement.

부유식 담수화 플랜트의 경우 액화천연가스 또는 오일을 탑재한 선박이 다단증발법을 채택하여 담수화가 가능한 플랜트가 있다. 이에 대한 일예로 공개특허공보 제2014-0015232호를 참조할 수 있다. 그러나, 다단증발법을 채택한 경우 에너지 소비량이 매우 높고, 부분 부하 운전이 힘들다. 다른 예로서, 한국공개특허공보 제2014-0108388호에 의하면 발전장치와 담수화장치를 일체화하지만 에너지 소비량이 너무 높다는 단점을 그대로 가지고 있다.In the case of a floating desalination plant, a vessel equipped with liquefied natural gas or oil can be desalinated by adopting multi-stage evaporation method. As an example of this, reference can be made to Laid-Open Publication No. 2014-0015232. However, when the multi-stage evaporation method is adopted, energy consumption is very high and partial load operation is difficult. As another example, according to Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0108388, although the power generation device and the desalination device are integrated, the power consumption is too high.

또 다른 예로, 하기의 선행문헌 1과 같이 태양열에 의해 가열된 청수를 해수와 열교환을 함으로써 담수화를 하는 플랜트가 있다. 해상 부유식 플랜트에서 태양열을 활용한 경우 태양열을 직접적으로 해수에 가열하는 것이 아니라 청수를 가열한 후 간접적으로 다시 해수를 가열하는 것으로 그 열효율이 현저히 떨어진다.As another example, there is a plant that performs desalination by exchanging fresh water heated by solar heat with seawater as in the prior art 1 below. In the case of using floating solar power plants, solar heat is not directly heated to seawater, but indirectly reheating seawater indirectly after heating it, resulting in a significant decrease in thermal efficiency.

이외에, 선행문헌 2는 열원인 태양에너지로부터 태양열과 태양광을 동시에 이용하여 상변화를 통해 해수를 담수화하는 시스템을 제안하고, 선행문헌 3은 발전장치 및 담수화장치 일체형 플로팅 설비에서 축전장치와 태양전지 패널(Solar Panel)을 부가한다. 그러나, 상기한 선행문헌과 같이 태양 에너지를 부가하더라도 시스템의 외형 증가에 비하여 효율 향상을 기대하기 곤란하다.In addition, Prior Art 2 proposes a system for desalinizing seawater through phase change by simultaneously using solar heat and solar light from solar energy, which is a heat source, and Prior Art 3 proposes a power storage device and a desalination apparatus, Add a panel (Solar Panel). However, even when solar energy is added as in the above-mentioned prior art, it is difficult to expect an improvement in efficiency compared with the increase in the external shape of the system.

1. 한국 공개특허공보 제2013-0122828호 "해상 설비용 해수 태양열 발전 및 담수화 시스템" (공개일자 : 2013. 11. 11.)1. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0122828 entitled "Sea water solar power generation and desalination system for marine facilities" (Open date: November 11, 2013) 2. 한국 등록특허공보 제1109535호 "태양 에너지를 이용한 증발식 해수담수화 시스템" (공개일자 : 2011. 2. 15.)2. Korean Patent Registration No. 1109535 entitled "Evaporative Seawater Desalination System Using Solar Energy" (Open date: Feb. 15, 2011) 3. 한국 등록특허공보 제1466465호 "발전장치 및 담수화장치 일체형 플로팅 설비" (공개일자 : 2014. 9. 11.)3. Korean Patent Publication No. 1466465 entitled " Integrated power plant and desalination unit integrated floating facility "(Open date: September 11, 2014)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 물부족 상태이면서 일조량이 풍부한 중동 지역의 해상에 설치 가능한 진공증발식 태양열 담수화 플랜트로서 종래의 담수화 플랜트에 비해 친환경적이고 이동이 가능한 구조의 태양열 진공 증발기 및 이를 이용한 담수화 시스템을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a vacuum evaporation solar desalination plant which can be installed in the sea of the Middle East region, A solar vacuum evaporator and a desalination system using the same.

본 발명의 다른 목적은 태양열 집열판 내부를 진공 상태로 유지하여 상대적으로 낮은 온도에서도 해수가 증발할 수 있고, 각 태양열 집열판을 비롯한 주요 기능품들의 모듈화를 통한 독립성 증대로 개별 유지보수 및 운전 용이성을 높이는데 있다.Another object of the present invention is to maintain the inside of the solar heat collecting plate in a vacuum state so that seawater can be evaporated even at a relatively low temperature and it is possible to improve individual maintenance and ease of operation by increasing the independency through modularization of main functional products including each solar heat collecting plate There is.

본 발명의 또 다른 목적은 일조량에 따라 조수량의 자동 제어기능을 적용하여 운전 범위를 확대함에 있다.Another object of the present invention is to extend the operation range by applying the automatic control function of the amount of sunshine according to the amount of sunshine.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 의하면, 태양열을 이용하여 해수에서 청수를 생성하는 담수화증발기에 있어서: 태양열을 수집하는 솔라패널; 상기 솔라패널의 하측으로 연결되고, 해수의 압력 저하를 유발하는 다공판; 및 상기 솔라패널의 상측으로 연결되고, 염분이 제거된 증기를 분리하는 분리기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a desalination evaporator for generating fresh water from seawater using solar heat, comprising: a solar panel for collecting solar heat; A perforated plate connected to a lower side of the solar panel and causing a pressure drop of seawater; And a separator connected to the upper side of the solar panel and separating the vapor from which the salt is removed.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 다공판은 해수의 입자화로 열전달 면적을 증대하도록 오리피스 홀을 형성하는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the perforated plate is characterized by forming an orifice hole to increase the heat transfer area by the grainification of seawater.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 분리기는 내염수성 소재를 소결한 메쉬 구조를 사용하여 염분의 통과를 차단하는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the separator is characterized in that the passage of salt is blocked by using a mesh structure obtained by sintering a salt-resistant material.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 담수화증발기는 해수펌프 출구의 압력 유지 및 공급되는 해수의 유량을 조절하기 위한 압력조절밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.In the detailed construction of the present invention, the desalination evaporator further includes a pressure regulating valve for regulating the pressure of the seawater pump outlet and regulating the flow rate of the seawater to be supplied.

본 발명의 다른 일면에 의하면, 태양열을 이용하여 해수에서 청수를 생성하는 담수화 시스템에 있어서: 해수에서 증기를 생성하는 담수화증발기; 상기 담수화증발기의 하류측으로 연결되고, 증기를 응축시켜 청수를 생성하는 응축기; 상기 담수화증발기와 응축기에 진공압을 형성하도록 설치되는 진공펌프; 및 상기 청수의 염도를 설정치로 유지하도록 설치되는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a desalination system for generating fresh water in seawater using solar heat, comprising: a desalination evaporator for generating steam in seawater; A condenser connected to the downstream side of the desalination evaporator, for condensing the steam to generate fresh water; A vacuum pump installed to form a vacuum in the desalination evaporator and the condenser; And control means installed to maintain the salinity of the fresh water at a set value.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 응축기는 하측으로 청수탱크에 일체로 연결되는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the condenser is integrally connected to the fresh water tank to the lower side.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 응축기의 하류측으로 이송되는 청수의 재순환이 가능하도록 3방밸브와 회수관을 구비하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that a three-way valve and a return pipe are provided so that fresh water transferred to the downstream side of the condenser can be recirculated.

본 발명의 변형예로서, 상기 담수화증발기는 청수다기관을 이용하여 병렬회로로 연결되어 독립적으로 청수를 생성하는 것을 특징으로 한다.As a modification of the present invention, the desalination evaporator is connected to a parallel circuit using a fresh water manifold to independently generate fresh water.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 담수화증발기의 출구 온도를 검출하는 온도센서, 담수화증발기로 공급되는 해수 압력을 검출하는 압력센서, 청수의 염도를 검출하는 염도센서, 청수의 염도 저감을 위한 알고리즘을 탑재하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.In the detailed configuration of the present invention, the control means may include a temperature sensor for detecting the outlet temperature of the desalination evaporator, a pressure sensor for detecting the seawater pressure supplied to the desalination evaporator, a salinity sensor for detecting the salinity of fresh water, And a controller for mounting an algorithm.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 내부 진공에 의하여 해수 증발성을 높인 집열판을 기반으로 하여 전반적 시스템의 모듈화가 가능하면서 유지보수와 운전 용이성을 확보하고 친환경성과 이동성을 도모하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to modularize the overall system based on the heat collecting plate having enhanced seawater evaporation due to internal vacuum, ensure maintenance and operation easiness, and achieve eco-friendliness and mobility.

도 1은 본 발명에 따른 태양열 진공 방식 담수화증발기의 모식도
도 2는 본 발명에 따른 태양열 진공 방식 담수화시스템의 모식도
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 담수화시스템의 모식도
도 4는 본 발명에 따른 담수화시스템을 해상에 적용한 모식도Fig. 1 is a schematic diagram of a solar-powered vacuum desalination evaporator according to the present invention
2 is a schematic diagram of a solar-powered vacuum desalination system according to the present invention
3 is a schematic diagram of a desalination system according to a modification of the present invention
Fig. 4 is a schematic diagram of a desalination system according to the present invention applied to the sea; Fig.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일면에 의하면, 태양열을 이용하여 해수에서 청수를 생성하는 담수화증발기(20)에 관하여 제안한다. 담수화증발기(20)의 세부적 구성으로 태양열 진공 증발기를 정의하지만 반드시 엄격하게 구분되는 것이 아니고 상호 동일한 개념으로 이해될 수 있다. 해상의 담수화에 있어서 해수는 해수유입관(11)에서 해수펌프(13)를 통하여 취수되고, 청수는 증기배출관(15)과 청수공급관(32)을 통하여 선체의 저장탱크(Hull Storage Tank)로 이송된다.According to one aspect of the present invention, there is proposed a desalination evaporator 20 that generates fresh water from seawater using solar heat. Although the detailed constitution of the desalination evaporator 20 is defined as a solar vacuum evaporator, it is not strictly classified and can be understood as the same concept. The sea water is taken in through the seawater inflow pipe 11 through the seawater pump 13 and the fresh water is transferred to the hull storage tank through the steam discharge pipe 15 and the fresh water supply pipe 32 do.

본 발명에 따르면 솔라패널(21)에서 태양열을 수집하는 구조이다. 솔라패널(21)은 밀폐된 상자형 구조를 기반으로 전면에 집열판을 구비하고 내부에 증발 공간을 구비한다. 집열판 내부에 미세관을 구비할 수도 있다. 집열판과 미세관 사이에 보온성이 높은 열매체를 부가할 수도 있다. 해수유입관(11)은 솔라패널(21)의 하측으로 연결되고, 증기배출관(15)은 솔라패널(21)의 상측으로 연결된다.According to the present invention, the solar panel 21 collects solar heat. The solar panel 21 has a heat collecting plate on the front side based on a closed box-like structure and has an evaporation space inside. A micro tube may be provided inside the heat collecting plate. A heat medium having a high thermal insulation property may be added between the heat collecting plate and the micro tube. The seawater inlet pipe 11 is connected to the lower side of the solar panel 21 and the steam outlet pipe 15 is connected to the upper side of the solar panel 21.

또, 본 발명에 따르면 해수의 압력 저하를 유발하는 다공판(22)이 상기 솔라패널(21)의 하측으로 연결되는 구조이다. 다공판(22)은 해수를 분무하는 방식으로 압력을 저하시켜 솔라패널(21)로 보낸다. 다공판(22)에 의하여 형성되는 솔라패널(21)의 하측 공간에는 해수유입관(11)이 연결된다.According to the present invention, a perforated plate (22) for causing a pressure drop of seawater is connected to the lower side of the solar panel (21). The perforated plate 22 lowers the pressure by spraying seawater and sends it to the solar panel 21. A seawater inflow pipe (11) is connected to a lower space of the solar panel (21) formed by the perforated plate (22).

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 다공판(22)은 해수의 입자화로 열전달 면적을 증대하도록 오리피스 홀을 형성하는 것을 특징으로 한다. 다공판(22)의 오리피스는 분무되는 해수를 보다 미세하게 입자화시켜 급속한 압력 강하와 더불어 열전달 면적 증가를 유발한다. 무수한 오리피스 홀을 형성한 다공판(22)은 2매 이상을 설정된 간격으로 설치할 수도 있다. 솔라패널(21)의 내부를 진공으로 유지한 상태에서 태양열을 해수에 직접 인가하면 낮은 온도에서도 해수의 증발이 격렬하게 진행되어 담수화 생산량을 충분하게 만족하면서 고효율을 도모할 수 있다.As a detailed configuration of the present invention, the perforated plate 22 is characterized by forming an orifice hole to increase the heat transfer area by the grainification of seawater. The orifice of the perforated plate (22) causes finer granulation of the seawater to be sprayed, resulting in a rapid pressure drop and an increase in heat transfer area. Two or more perforated plates 22 forming numerous orifice holes may be provided at predetermined intervals. When solar heat is directly applied to the seawater while the interior of the solar panel 21 is kept under vacuum, the evaporation of the seawater is vigorously proceeded even at a low temperature, so that the efficiency of desalination can be sufficiently satisfied while achieving high efficiency.

또, 본 발명에 따르면 염분이 제거된 증기를 분리하는 분리기(24)가 상기 솔라패널(21)의 상측으로 연결되는 구조이다. 분리기(24)는 증발된 해수에 포함되어 있는 염분을 물리적으로 분리하여 낙하시킨다. 분리기(24)에 의하여 형성되는 솔라패널(21)의 상측 공간에는 증기배출관(15)이 연결된다.In addition, according to the present invention, a separator 24 for separating steam from which salt is removed is connected to the upper side of the solar panel 21. The separator (24) physically separates and drops the salt contained in the evaporated seawater. A steam discharge pipe 15 is connected to the upper space of the solar panel 21 formed by the separator 24.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 분리기(24)는 내염수성 소재를 소결한 메쉬 구조를 사용하여 염분의 통과를 차단하는 것을 특징으로 한다. 분리기(24)의 일예로 스테인레스, 티타늄 등에서 선택된 소재를 소결하여 다공의 메쉬 구조로 형성한 것을 사용한다. 분리기(24)의 다공성 메쉬는 평판 상에서 다층으로 접합된 구조로 적용할 수도 있다.As a detailed configuration of the present invention, the separator (24) is characterized in that the passage of salt is blocked by using a mesh structure in which a salt-resistant material is sintered. As the separator 24, for example, a material selected from stainless steel, titanium and the like is sintered and formed into a porous mesh structure. The porous mesh of the separator 24 may also be applied in a structure in which a plurality of layers are bonded on a flat plate.

이때, 솔라패널(21)에서 분리기(24)의 상측 공간에는 스팀매니폴드(26)를 설치하여 수증기를 설정된 유로로 수집ㆍ이송한다.At this time, a steam manifold 26 is installed in the upper space of the separator 24 in the solar panel 21 to collect and transfer the steam into the predetermined flow path.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 담수화증발기(20)는 해수펌프(13) 출구의 압력 유지 및 공급되는 해수의 유량을 조절하기 위한 압력조절밸브(45)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 1에서 담수화증발기(20)의 해수유입관(11)에 압력조절밸브(45)를 설치한 상태를 예시한다. 솔라패널(21)의 내부가 진공인 상태에서 압력조절밸브(45)가 배제되는 경우 해수펌프(13)의 출구 압력이 형성되지가 않는다. 따라서 압력조절밸브(45)는 해수펌프(13)의 배압형성과 더불어 담수화증발기(20)로 공급되는 해수의 유량을 조절한다.The desalination evaporator 20 further comprises a pressure control valve 45 for controlling the pressure at the outlet of the seawater pump 13 and for regulating the flow rate of the seawater to be supplied. 1, a state in which the pressure control valve 45 is installed in the seawater inlet pipe 11 of the desalination evaporator 20 is illustrated. The outlet pressure of the seawater pump 13 is not formed when the pressure regulating valve 45 is excluded while the inside of the solar panel 21 is in a vacuum state. Therefore, the pressure regulating valve 45 regulates the flow rate of the seawater supplied to the desalination evaporator 20 together with the back pressure of the seawater pump 13.

한편, 담수화증발기(20)는 솔라패널(21) 내에서 증발되고 남은 염분기 높은 브라인(brine)을 선외로 배출하기 위해 일측으로 브라인배출관(28)과 브라인펌프(43)를 구비한다.On the other hand, the desalination evaporator 20 has a brine discharge pipe 28 and a brine pump 43 on one side thereof for discharging the remaining brine in the solar panel 21 to the outside.

도 1에서 미설명 부호 48은 균압관으로서 브라인펌프(43)와 다공판(22)의 하측 공간을 연결하고 내부 압력의 평형을 유지하여 흡입구 측에 적절한 수두를 제공한다. 솔라패널(21)의 내부가 진공인 상태에서 균압관(48)이 배제되는 경우 브라인펌프(43)의 흡입구 측에 적절한 양압이 형성되지 못해 캐비테이션이 발생할 수 있다.In FIG. 1, reference numeral 48 denotes an equalizing tube which connects the brine pump 43 with the lower space of the perforated plate 22 and maintains the equilibrium of the internal pressure to provide an appropriate head at the inlet side. When the inside of the solar panel 21 is in a vacuum state, when the equalizing tube 48 is excluded, a proper positive pressure can not be formed on the suction port side of the brine pump 43, and cavitation may occur.

본 발명의 다른 일면에 의하면, 태양열을 이용하여 해수에서 청수를 생성하는 담수화 시스템에 관하여 제안한다. 도 2의 담수화 시스템은 도 1의 담수화증발기(20)를 사용한 상태를 예시한다.According to another aspect of the present invention, a desalination system for generating fresh water from seawater using solar heat is proposed. The desalination system of FIG. 2 illustrates the use of the desalination evaporator 20 of FIG.

본 발명에 따르면 해수에서 증기를 생성하도록 전술한 도 1의 담수화증발기(20)를 구비한다. 담수화증발기(20)는 후술하는 도 3과 같은 증설에 대비하여 설정된 규격으로 모듈화된 구성을 택한다. 이외에 필요에 따라 태양의 위치변동에 대응하는 추적 기능을 부가할 수 있다.According to the present invention, there is provided the desalination evaporator 20 of Fig. 1 described above to generate steam in seawater. The desalination evaporator 20 adopts a modularized configuration in accordance with a set standard in preparation for expansion as shown in FIG. 3, which will be described later. In addition, a tracking function corresponding to the position change of the sun can be added as needed.

또, 본 발명에 따르면 증기를 응축시켜 청수를 생성하는 응축기(30)가 상기 담수화증발기(20)의 하류측으로 연결되는 구조이다. 응축기(30)는 증기배출관(15)의 하류측에 연결되고 솔라패널(21)에서 증발된 증기를 응축시킨다. 해수유입관(11)이 응축기(30)를 통과하도록 연결하여 응축의 열원을 확보하는 것이 좋다. 응축기(30)도 담수화증발기(20)와 마찬가지로 내부를 진공 상태로 유지한다. 이는 수증기 응축으로 감소되는 체적에 따라 진공이 형성되는 대기압식 진공 원리를 기반으로 한다. 이에 따라 담수화증발기(20)와 응축기(30)의 진공이 유지되면서 불응축가스가 후술하는 진공펌프(40)에 의해 배출된다.According to the present invention, a condenser 30 for condensing steam and generating fresh water is connected to the downstream side of the desalination evaporator 20. The condenser 30 is connected to the downstream side of the steam discharge pipe 15 and condenses the vapor evaporated in the solar panel 21. It is preferable to connect the sea water inflow pipe 11 so as to pass through the condenser 30 to secure a heat source for condensation. Like the desalination evaporator 20, the condenser 30 also keeps the inside thereof in a vacuum state. This is based on an atmospheric vacuum principle in which a vacuum is formed according to the volume reduced by water vapor condensation. Thus, while the vacuum of the desalination evaporator 20 and the condenser 30 is maintained, the non-condensed gas is discharged by the vacuum pump 40 described later.

한편, 응축기(30)의 하류측으로 청수탱크(31), 청수공급관(32), 청수펌프(41) 등이 설치된다. 청수펌프(41)는 청수 탱크에 모인 청수를 선체 저장탱크(Hull Storage Tank)로 이송한다.On the other hand, a fresh water tank 31, a fresh water supply pipe 32, a fresh water pump 41, and the like are provided on the downstream side of the condenser 30. The fresh water pump 41 transfers the fresh water collected in the fresh water tank to the hull storage tank.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 응축기(30)는 하측으로 청수탱크(31)에 일체로 연결되는 것을 특징으로 한다. 응축기(30)와 청수탱크(31)의 일체화 구조는 외형을 축소하여 공간 활용성을 증대하는 것은 물론 응축 작용의 효율을 향상하고 동력소모를 경감한다. 해상의 환경에 따라서 응축기(30)와 청수탱크(31)는 외면에 단열층을 더 구비할 수도 있다.In the detailed construction of the present invention, the condenser 30 is integrally connected to the fresh water tank 31 downward. The integrated structure of the condenser (30) and fresh water tank (31) not only increases the space utilization by reducing the external shape, but also improves the efficiency of condensation operation and reduces power consumption. The condenser 30 and the fresh water tank 31 may further include a heat insulating layer on the outer surface depending on the environment of the sea.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 응축기(30)의 하류측으로 이송되는 청수의 재순환이 가능하도록 3방밸브(35)와 회수관(34)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 청수공급관(32) 상에 3방밸브(35)를 설치하고, 3방밸브(35)에서 해수유입관(11) 측으로 회수관(34)을 연결한다. 이에 따라 청수공급관(32)으로 이송되는 청수의 수질(염도 등)이 기준치에 미달하면 3방밸브(35)와 회수관(34)을 통하여 담수화증발기(20) 측으로 재순환시킨다.The present invention is characterized in that a three-way valve (35) and a recovery pipe (34) are provided so that fresh water transferred to the downstream side of the condenser (30) can be recirculated. A three-way valve 35 is provided on the fresh water supply pipe 32 and a return pipe 34 is connected to the sea water inflow pipe 11 side from the three-way valve 35. When the water quality (salinity, etc.) of the fresh water transferred to the fresh water supply pipe 32 is lower than the reference value, the fresh water is recirculated to the desalination evaporator 20 through the three-way valve 35 and the recovery pipe 34.

또, 본 발명에 따르면 진공펌프(40)가 상기 담수화증발기(20)와 응축기(30)에 진공압을 형성하도록 설치되는 구조이다. 진공펌프(40)는 담수화증발기(20)와 응축기(30)의 내부 압력을 대기압 이하의 진공 상태로 유지하는 것으로서 불응축가스의 제거를 주 목적으로 한다. 도 2는 진공펌프(40)가 응축기(30)에 연결된 상태를 예시하나 담수화증발기(20)에 부가적으로 연결할 수도 있다.In addition, according to the present invention, a vacuum pump 40 is installed to form a vacuum in the desalination evaporator 20 and the condenser 30. The vacuum pump 40 maintains the internal pressure of the desalination evaporator 20 and the condenser 30 at a vacuum of atmospheric pressure or below, and the main purpose thereof is to remove the non-condensed gas. Figure 2 illustrates the connection of the vacuum pump 40 to the condenser 30, but may additionally be connected to the desalination evaporator 20.

본 발명의 변형예로서, 상기 담수화증발기(20)는 청수다기관(38)을 이용하여 병렬회로로 연결되어 독립적으로 청수를 생성하는 것을 특징으로 한다. 도 3에서 4개의 담수화증발기(20)를 케스케이드 방식으로 연결한 상태를 예시한다. 도시에서 TIC, TT는 온도를 검출하는 부분이고 PIC, PT는 압력을 검출하는 부분이다. 각각의 담수화증발기(20)의 하류측에서 청수다기관(38)으로 수집되는 증기는 응축기(30)를 거쳐 청수로 생성된다. 그 외에 응축기(30), 청수탱크(31), 3방밸브(35), 진공펌프(40) 등의 구성은 도 2와 동일성을 유지한다.As a modification of the present invention, the desalination evaporator 20 is connected in parallel with a fresh water manifold 38 to generate fresh water independently. FIG. 3 illustrates a state in which four desalination evaporators 20 are cascade-connected. In the city, TIC, TT are the parts that detect the temperature and PIC, PT are the parts that detect the pressure. The vapor collected in the fresh water manifold 38 on the downstream side of each desalination evaporator 20 is produced as fresh water through the condenser 30. In addition, the configurations of the condenser 30, fresh water tank 31, three-way valve 35, vacuum pump 40, and the like remain the same as those in FIG.

이때, 청수탱크(31)에 연결되는 청수펌프(41)의 출구에 배압밸브(46)를 설치한다. 배압밸브(46)는 자동제어 방식을 택할 필요는 없지만, 미리 설정된 압력 이상으로 펌프 출구 압력이 형성되어야 개방된다. 이에 담수화증발기(20)로부터 생성되는 청수의 양이 일정하지 않기 때문에 유량이 적정 이상 형성이 되었을 때만 토출이 이루어질 수 있도록 구성함으로써 캐비테이션 등을 방지할 수 있다. 이는 브라인배출관(28)의 브라인펌프(43) 출구에도 동일하게 적용한다.At this time, the back pressure valve 46 is installed at the outlet of the fresh water pump 41 connected to the fresh water tank 31. The back pressure valve 46 does not need to adopt the automatic control system, but it is opened only when the pump outlet pressure is formed at a predetermined pressure or more. Since the amount of fresh water generated from the desalination evaporator 20 is not constant, it is possible to perform the discharge only when the flow rate is more than proper, so that cavitation or the like can be prevented. This applies equally to the brine pump 43 outlet of the brine discharge pipe 28.

또, 본 발명에 따르면 제어수단(50)이 상기 청수의 염도를 설정치로 유지하도록 설치되는 구조이다. 제어수단(50)은 도 2 및 도 3의 시스템을 구성하는 펌프류, 밸브류에 대한 제어를 수행하고, 특히 청수공급관(32)으로 이송되는 청수의 수질 관리를 주된 기능으로 한다.According to the present invention, the control means (50) is arranged to maintain the salinity of the fresh water at a set value. The control means 50 performs control of the pumps and valves constituting the system shown in Figs. 2 and 3, and particularly functions to manage the quality of fresh water transferred to the fresh water supply pipe 32 as a main function.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(50)은 담수화증발기(20)의 출구 온도를 검출하는 온도센서(51), 담수화증발기(20)로 공급되는 해수 압력을 검출하는 압력센서(52), 청수의 염도를 검출하는 염도센서(53), 청수의 염도 저감을 위한 알고리즘을 탑재하는 제어기(55)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 온도센서(51)는 전술한 TIC, TT를 포함하는 의미이고, 압력센서(52)는 전술한 PIC, PT를 포함하는 의미이다. 온도센서(51)는 증기배출관(15) 상에 설치되고, 압력센서(52)는 담수화증발기(20) 입구측 압력조절밸브(45) 전단에 설치된다. 염도센서(53)는 청수공급관(32) 상에서 3방밸브(35)의 하류측으로 설치된다. 제어기(55)는 센서의 신호를 디지털 방식으로 처리하고 펌프류와 밸브류 작동용 신호를 출력하는 마이컴 회로로 구성한다. 제어기(55)의 주된 알고리즘은 기준치에 미달되는 청수를 다시 담수화증발기(20)로 재순환시킴에 있다.The control means 50 includes a temperature sensor 51 for detecting the outlet temperature of the desalination evaporator 20, a pressure sensor 52 for detecting the seawater pressure supplied to the desalination evaporator 20, A salinity sensor 53 for detecting the salinity of fresh water, and a controller 55 for mounting an algorithm for reducing salinity of fresh water. The temperature sensor 51 includes the above-mentioned TIC and TT, and the pressure sensor 52 includes the above-mentioned PIC and PT. The temperature sensor 51 is installed on the steam discharge pipe 15 and the pressure sensor 52 is installed on the upstream side of the inlet pressure regulating valve 45 of the desalination evaporator 20. The salinity sensor 53 is installed on the fresh water supply pipe 32 on the downstream side of the three-way valve 35. The controller 55 comprises a microcomputer circuit for digitally processing the signals of the sensors and outputting signals for operating pumps and valves. The main algorithm of the controller 55 is to recycle fresh water below the reference value back to the desalination evaporator 20.

한편, 제어수단(50)을 구성하는 센서류는 집열판의 설치위치나 일조량 분석 자료를 기반으로 하여 다르게 구성될 수 있다. 즉, 도 3은 단순한 예시적 구성으로서 이를 보다 단순화하는 것이 가능하다.On the other hand, the sensors constituting the control means 50 may be configured differently based on the installation position of the heat collecting plate and the analysis data of the sunlight amount. That is, FIG. 3 is a simple exemplary configuration and it is possible to further simplify it.

작동에 있어서, 해수펌프(13)에서 공급된 해수는 응축기(30) 내부를 통과하며 담수화증발기(20)에서 증발된 수증기를 응축시키는 역할을 함과 동시에 열원을 얻는다. 이후 압력조절밸브(45)를 거쳐 진공 증발식 태양열 집열판을 구비한 담수화증발기(20)로 공급되고, 이때 담수화증발기(20)의 출구 온도를 기준으로 밸브류의 개도가 조절된다. 담수화증발기(20)의 출구 온도는 담수화 로드(부하)와 밀접적인 연계성을 지닌다. 출구 온도가 떨어진다는 것은 일조량이 부족하다는 것이기 때문에 해수 공급량을 줄이게 되고, 출구 온도가 높다는 것은 일조량이 풍부하다는 것을 의미하기 때문에 해수 공급량을 늘리게 된다.In operation, the seawater supplied from the seawater pump 13 passes through the inside of the condenser 30, condenses the vapor evaporated in the desalination evaporator 20, and obtains a heat source. And then supplied to a desalination evaporator 20 having a vacuum evaporation type solar collecting plate via a pressure control valve 45. At this time, the opening degree of the valve flow is adjusted based on the outlet temperature of the desalination evaporator 20. [ The outlet temperature of the desalination evaporator 20 is closely related to the desalination rod (load). Decreasing the outlet temperature means that the amount of sunshine is reduced because the amount of sunshine is insufficient, and the higher the outlet temperature means that the amount of sunshine is abundant, the sea water supply is increased.

도 4는 본 발명의 시스템을 해상(선박)에서 구현하는 상태를 예시한다. 부호 60은 선체의 청수 저장용 탱크로서 상부 갑판의 담수화증발기(20)에서 만들어진 청수를 보관하는 대용량 탱크이다. 기관실(65)은 본 발명의 시스템 동작에 필요한 전력 및 거주구에 필요한 전력과 물, 공기조화장치 등을 포함할 수 있다.Figure 4 illustrates a state in which the system of the present invention is implemented in the sea (ship). Reference numeral 60 denotes a large capacity tank for storing fresh water produced by the desalination evaporator 20 of the upper deck as a fresh water storage tank for the hull. The engine room 65 may include the power required for the system operation of the present invention and the power and water required for the residence, the air conditioner, and the like.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

11: 해수유입관 13: 해수펌프
15: 증기배출관 20: 담수처리기
21: 솔라패널 22: 다공판
24: 망분리기 26: 스팀매니폴드
28: 브라인배출관 30: 응축기
31: 청수탱크 32: 청수공급관
34: 회수관 35: 3방밸브
38: 청수다기관 40: 진공펌프
41: 청수펌프 43: 브라인펌프
45: 압력조절밸브 50: 제어수단
51: 온도센서 52: 압력센서
53: 염도센서 55: 제어기11: Seawater inflow pipe 13: Seawater pump
15: steam outlet pipe 20: fresh water processor
21: Solar panel 22: Perforated plate
24: Network separator 26: Steam manifold
28: brine discharge pipe 30: condenser
31: fresh water tank 32: fresh water supply pipe
34: return pipe 35: three-way valve
38: Chungsu Manifold 40: Vacuum pump
41: fresh water pump 43: brine pump
45: pressure control valve 50: control means
51: temperature sensor 52: pressure sensor
53: salinity sensor 55: controller

Claims (9)

태양열을 이용하여 해수에서 청수를 생성하는 담수화증발기(20)에 있어서:
태양열을 수집하는 솔라패널(21);
상기 솔라패널(21)의 하측으로 연결되고, 해수의 압력 저하를 유발하는 다공판(22); 및
상기 솔라패널(21)의 상측으로 연결되고, 염분이 제거된 증기를 분리하는 분리기(24);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 진공 증발기.1. A desalination evaporator (20) for generating fresh water from seawater using solar heat, the desalination evaporator (20) comprising:
A solar panel (21) for collecting solar heat;
A perforated plate (22) connected to a lower side of the solar panel (21) and causing pressure drop of seawater; And
And a separator (24) connected to the upper side of the solar panel (21) and separating the vapor from which the salt is removed. 청구항 1에 있어서,
상기 다공판(22)은 해수의 입자화로 열전달 면적을 증대하도록 오리피스 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양열 진공 증발기.The method according to claim 1,
Wherein the perforated plate (22) forms an orifice hole to increase the heat transfer area due to the grainization of seawater. 청구항 1에 있어서,
상기 분리기(24)는 내염수성 소재를 소결한 메쉬 구조를 사용하여 염분의 통과를 차단하는 것을 특징으로 하는 태양열 진공 증발기.The method according to claim 1,
Wherein the separator (24) blocks the passage of salt by using a mesh structure in which a salt-resistant material is sintered. 청구항 1에 있어서,
상기 담수화증발기(20)는 해수펌프(13) 출구의 압력 유지 및 공급되는 해수의 유량을 조절하기 위한 압력조절밸브(45)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양열 진공 증발기.The method according to claim 1,
Wherein the desalination evaporator (20) further comprises a pressure control valve (45) for controlling the pressure at the outlet of the seawater pump (13) and the flow rate of the seawater to be supplied. 태양열을 이용하여 해수에서 청수를 생성하는 담수화 시스템에 있어서:
해수에서 증기를 생성하는 담수화증발기(20);
상기 담수화증발기(20)의 하류측으로 연결되고, 증기를 응축시켜 청수를 생성하는 응축기(30);
상기 담수화증발기(20)와 응축기(30)에 진공압을 형성하도록 설치되는 진공펌프(40); 및
상기 청수의 염도를 설정치로 유지하도록 설치되는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양열 진공 증발기를 이용한 담수화 시스템.CLAIMS What is claimed is: 1. A desalination system for generating fresh water from seawater using solar heat, comprising:
A desalination evaporator 20 for generating steam in seawater;
A condenser (30) connected to the downstream side of the desalination evaporator (20) and condensing the steam to generate fresh water;
A vacuum pump 40 installed to form a vacuum in the desalination evaporator 20 and the condenser 30; And
And a controller (50) installed to maintain the salinity of the fresh water at a set value. 청구항 5에 있어서,
상기 응축기(30)는 하측으로 청수탱크(31)에 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양열 진공 증발기를 이용한 담수화 시스템.The method of claim 5,
Wherein the condenser (30) is integrally connected to the fresh water tank (31) downwardly. 청구항 5에 있어서,
상기 응축기(30)의 하류측으로 이송되는 청수의 재순환이 가능하도록 3방밸브(35)와 회수관(34)을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양열 진공 증발기 및 이를 이용한 담수화 시스템.The method of claim 5,
And a three-way valve (35) and a return pipe (34) are provided to enable the fresh water transferred to the downstream side of the condenser (30) to be recirculated, and a desalination system using the same. 청구항 5에 있어서,
상기 담수화증발기(20)는 청수다기관(38)을 이용하여 병렬회로로 연결되어 독립적으로 청수를 생성하는 것을 특징으로 하는 태양열 진공 증발기를 이용한 담수화 시스템.The method of claim 5,
Wherein the desalination evaporator (20) is connected in parallel with a fresh water manifold (38) to generate fresh water independently. 청구항 5에 있어서,
상기 제어수단(50)은 담수화증발기(20)의 출구 온도를 검출하는 온도센서(51), 담수화증발기(20)로 공급되는 해수 압력을 검출하는 압력센서(52), 청수의 염도를 검출하는 염도센서(53), 청수의 염도 저감을 위한 알고리즘을 탑재하는 제어기(55)를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양열 진공 증발기를 이용한 담수화 시스템.The method of claim 5,
The control means 50 includes a temperature sensor 51 for detecting the outlet temperature of the desalination evaporator 20, a pressure sensor 52 for detecting the seawater pressure supplied to the desalination evaporator 20, A sensor (53), and a controller (55) equipped with an algorithm for reducing salinity of fresh water.
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