KR20170001432A - 진공 증발식 조수 장치 - Google Patents

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Abstract

진공 증발식 조수 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 해수를 공급하는 해수공급부; 상기 해수공급부에서 해수를 공급받는 증발 탱크; 상기 증발 탱크의 해수 수용 공간의 압력을 낮추는 이젝터; 상기 증발 탱크에 설치되고, 상기 증발 탱크에 수용된 해수를 가열하는 가열부; 상기 증발 탱크에서 배출되는 수증기를 수용하는 응축 탱크; 상기 응축 탱크를 관통하여 설치되고, 상기 해수공급부에서 공급되는 해수를 이송하는 제2 해수 이송파이프; 상기 해수공급부에서 해수를 공급받는 멤브레인 탱크; 및 상기 증발 탱크에서 배출되는 브라인(brine)을 상기 멤브레인 탱크에 수용된 해수를 이용하여 희석 및 가압한 후 상기 이젝터로 공급하는 멤브레인 파이프 어셈블리를 포함하는 진공 증발식 조수 장치가 제공될 수 있다.

Description

진공 증발식 조수 장치{APPARATUS FOR MAKING FRESH WATER BY VACUUM EVAPORATION METHOD}
본 발명은 진공 증발식 조수 장치에 관한 것이다.
선박 또는 해양 구조물에는 거주 인원의 식수 공급 등을 위해 해수로부터 담수를 제조하는 조수 시스템이 설치될 수 있다. 이러한 조수 시스템 중 하나로 감압 탱크에서 해수를 가열하여 증발시킨 후 수증기를 냉각시켜 담수를 제조하는 진공 증발식 조수 장치가 있다. 진공 증발식 조수 장치에서 탱크 내부를 감압하는 이유는 해수의 끓는점을 낮춤으로써 해수 증발에 필요한 에너지 소비를 최소화하기 위함이다. 한편, 종래에는 담수를 제조하고 남은 고 염도의 해수, 즉 브라인(brine)은 다시 바다로 배출되는 것이 일반적이었지만, 최근 해양 투기에 대한 법적 규제 움직임에 따라 브라인 배출을 가급적 억제하는 설계 변경의 필요성이 제기되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0084264호(2013.07.24, 진공 증발식 조수 장치)
본 발명의 실시예들은 해수로부터 담수를 제조하는 과정에서 발생하는 브라인을 희석한 상태로 배출할 수 있는 진공 증발식 조수 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해수를 공급하는 해수공급부; 상기 해수공급부에서 해수를 공급받는 증발 탱크; 상기 증발 탱크의 해수 수용 공간의 압력을 낮추는 이젝터; 상기 증발 탱크에 설치되고, 상기 증발 탱크에 수용된 해수를 가열하는 가열부; 상기 증발 탱크에서 배출되는 수증기를 수용하는 응축 탱크; 상기 응축 탱크를 관통하여 설치되고, 상기 해수공급부에서 공급되는 해수를 이송하는 제2 해수 이송파이프; 상기 해수공급부에서 해수를 공급받는 멤브레인 탱크; 및 상기 증발 탱크에서 배출되는 브라인(brine)을 상기 멤브레인 탱크에 수용된 해수를 이용하여 희석 및 가압한 후 상기 이젝터로 공급하는 멤브레인 파이프 어셈블리를 포함하는 진공 증발식 조수 장치가 제공될 수 있다.
상기 응축 탱크에서 배출되는 담수를 이송하는 담수 배출파이프; 및 상기 이젝터에서 배출되는 브라인을 이송하는 브라인 배출파이프를 더 포함할 수 있다.
상기 멤브레인 파이프 어셈블리는, 상기 멤브레인 탱크 내에 설치되는 복수 개의 멤브레인 파이프; 상기 증발 탱크에서 배출되는 브라인을 상기 멤브레인 파이프로 이송하는 제1 브라인 이송파이프; 상기 제1 브라인 이송파이프에 설치되는 제1 개폐밸브; 상기 멤브레인 파이프와 상기 이젝터의 흡입실을 연결하는 제2 브라인 이송파이프; 상기 제2 브라인 이송파이프에 설치되는 제2 개폐밸브; 상기 멤브레인 파이프와 상기 이젝터의 노즐부를 연결하는 제3 브라인 이송파이프; 및 상기 제3 브라인 이송파이프에 설치되는 제3 개폐밸브를 포함할 수 있다.
상기 멤브레인 파이프는 해수에 포함된 물의 출입은 허용하는 반면 해수에 포함된 염분의 출입은 막는 반투막으로 형성될 수 있다.
상기 멤브레인 파이프 어셈블리는, 상기 멤브레인 파이프의 브라인 수용 공간의 압력을 검출하는 압력 센서; 및 상기 압력 센서에서 검출되는 압력에 따라, 상기 제1 개폐밸브, 상기 제2 개폐밸브 및 상기 제3 개폐밸브의 개폐 여부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 압력 센서에서 검출되는 압력이 기 설정된 제1 기준압력 이상이 되면, 상기 제3 개폐밸브만을 개방하고, 상기 압력 센서에서 검출되는 압력이 상기 제1 기준압력보다 작게 설정된 제2 기준압력 이하가 되면, 상기 제3 개폐밸브를 폐쇄하고 기 설정된 시간 동안 상기 제1 개폐밸브 및 상기 제2 개폐밸브를 개방한 후 폐쇄할 수 있다.
상기 멤브레인 탱크에서 배출되는 해수를 이송하는 해수 배출파이프; 상기 멤브레인 탱크에 수용된 해수의 염분 농도를 검출하는 염분 농도 센서; 및 상기 해수 배출파이프에 설치되는 제4 개폐밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 염분 농도 센서에서 검출되는 염분 농도가 기 설정된 기준농도 이상이 되면 상기 제4 개폐밸브를 개방할 수 있다.
상기 해수 배출파이프는 상기 증발 탱크 또는 상기 이젝터의 흡입실로 연결될 수 있다.
상기 해수공급부는, 선체 취수구에 연결되는 제1 해수 이송파이프; 상기 제1 해수 이송파이프에 설치되어, 해수에 포함된 이물질을 걸러주는 필터; 상기 제1 해수 이송파이프에 설치되는 해수 펌프; 및 상기 제1 해수 이송파이프를 통해 이송된 해수를 수용하고, 상기 증발 탱크 및 상기 멤브레인 탱크보다 높은 위치에 배치되어 상기 제2 해수 이송파이프를 통해 상기 증발 탱크 및 상기 멤브레인 탱크에 해수를 공급하는 침전 탱크를 포함할 수 있다.
상기 제2 해수 이송파이프의 입구는 상기 침전 탱크의 저면으로부터 상향 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 해수로부터 담수를 제조하는 과정에서 발생하는 브라인을 희석한 상태로 배출함으로써 브라인, 즉 고 염도 해수를 그대로 해양에 배출하여야 하는 문제 및 브라인 배출파이프의 부식 문제를 해결할 수 있고, 희석하는 과정에서 가압된 브라인을 이젝터의 구동원으로 공급함으로써 진공 증발식 조수 장치의 전체 펌프 용량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 증발식 조수 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 멤브레인 탱크의 내부를 나타낸 도면이다.
도 3은 제어부를 나타낸 도면이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성요소가 각 구성요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성요소에 각 구성요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성요소의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 진공 증발식 조수 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공 증발식 조수 장치는 선박 또는 해양 구조물에 설치될 수 있다. 여기서, 해양 구조물은 부유식 또는 고정식 구조물일 수 있고, 예를 들어 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO, Floating Production Storage and Offloading), 부유식 원유생산설비(FPU, Floating Production Unit), 부유식 가스생산저장하역설비(LNG - FPSO, Liquefied Natural Gas - Floating Production Storage and Offloading), 부유식 가스생산설비(LNG - FPU, Liquefied Natural Gas - Floating Production Unit), 잭 업 리그(Jack-up Rig) 등을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 증발식 조수 장치를 나타낸 도면, 도 2는 멤브레인 탱크의 내부를 나타낸 도면, 도 3은 제어부를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 증발식 조수 장치(10)는 해수공급부(100), 증발 탱크(200), 응축 탱크(300), 멤브레인 탱크(400), 멤브레인 파이프 어셈블리(500) 및 이젝터(600)를 포함할 수 있다.
해수공급부(100)는 증발 탱크(200) 및 멤브레인 탱크(400)에 해수를 공급할 수 있다.
해수공급부(100)는 제1 해수 이송파이프(L1), 필터(110), 해수 펌프(120) 및 침전 탱크(130)를 포함할 수 있다.
제1 해수 이송파이프(L1)는 선박 또는 해양 구조물의 선체(20)의 외부에서 취수구(30)를 통해 선체(20)의 내부로 유입되는 해수를 침전 탱크(130)로 이송할 수 있다. 이를 위해, 제1 해수 이송파이프(L1)는 취수구(30) 및 침전 탱크(130)에 연결될 수 있다.
필터(110) 및 해수 펌프(120)는 제1 해수 이송파이프(L1)에 설치될 수 있다. 필터(110)는 제1 해수 이송파이프(L1)를 통해 이송되는 해수로부터 이물질을 필터링 할 수 있고, 해수 펌프(120)는 취수구(30)를 통해 유입된 해수가 침전 탱크(130)까지 이송되는데 필요한 유체 압력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 필터(110)는 해수 펌프(120)의 하류 측에 배치될 수 있다.
침전 탱크(130)는 제1 해수 이송파이프(L1)를 통해 이송된 해수를 수용할 수 있다. 해수에 포함된 이물질 중 필터(110)에 의해 필터링 되지 않고 남은 이물질은 침전 탱크(130)에서 침전됨으로써, 이물질은 해수로부터 2차에 걸쳐 거의 완벽하게 제거될 수 있다. 그 결과, 응축 탱크(300)에서 수증기와 해수 사이의 열 교환 효율이 향상될 수 있다. 침전 탱크(130)에서 이물질이 제거된 해수는 제2 해수 이송파이프(L2)를 통해 증발 탱크(200) 및 멤브레인 탱크(400)로 공급될 수 있고, 침전 탱크(130)의 하부에 침전된 이물질은 이물질 배출파이프(L3)를 통해 침전 탱크(130)에서 배출될 수 있다. 이물질 배출파이프(L3)에는 드레인 밸브(DV), 예를 들어 개폐밸브가 설치될 수 있다. 한편, 침전 탱크(130)는 증발 탱크(200) 및 멤브레인 탱크(400)보다 높은 위치에 배치됨으로써, 침전 탱크(130)에 수용된 해수는 자중에 의해 증발 탱크(200) 및 멤브레인 탱크(400)로 이송될 수 있다. 즉, 해수 펌프(120)는 취수구(30)를 통해 유입된 해수가 침전 탱크(130)까지 이송되는데 필요한 유체 압력만 제공하면 되고, 침전 탱크(130)에서 증발 탱크(200) 및 멤브레인 탱크(400)까지 이송되는데 필요한 유체 압력은 전술한 것처럼 해수의 자중에 의해 달성될 수 있고, 이젝터(600)를 구동하는데 필요한 유체 압력은 후술하는 것처럼 멤브레인 파이프 어셈블리(500)에서 가압된 브라인에 의해 달성될 수 있으므로, 진공 증발식 조수 장치(10)에서 전체 펌프 용량은 최소화될 수 있다. 침전 탱크(130)는 상부가 대기에 개방된 개방형 탱크일 수 있다.
제2 해수 이송파이프(L2)의 일단, 즉 제2 해수 이송파이프(L2)의 입구는 침전 탱크(130)에서 배출되는 해수를 이송하도록 침전 탱크(130)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2 해수 이송파이프(L2)의 입구는 침전 탱크(130)의 하부에 침전된 이물질이 유입되지 않도록 침전 탱크(130)의 저면으로부터 소정의 높이, 예를 들어 이물질 침전층 형성 높이 이상으로 상향 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 제2 해수 이송파이프(L2)는 응축 탱크(300)를 관통하여 설치됨으로써, 제2 해수 이송파이프(L2)를 통해 이송되는 해수와 응축 탱크(300)에 수용된 수증기 사이에 열 교환이 이루어질 수 있다. 그 결과, 제2 해수 이송파이프(L2)를 통해 이송되는 해수는 증발 탱크(200)에 공급되기 전에 예열될 수 있고, 응축 탱크(300)에 수용된 수증기는 응축되어 담수로 제조될 수 있다. 또한, 제2 해수 이송파이프(L2)의 타단, 즉 제2 해수 이송파이프(L2)의 출구는 분기되어 증발 탱크(200) 및 멤브레인 탱크(400)로 각각 연결됨으로써 침전 탱크(130)에서 배출되는 해수가 증발 탱크(200) 및 멤브레인 탱크(400)에 각각 공급될 수 있다. 한편, 제2 해수 이송파이프(L2)에는 제1 유량제어밸브(FCV1) 및 제2 유량제어밸브(FCV2)가 설치될 수 있다. 증발 탱크(200)에 공급되는 해수의 유량은 제1 유량제어밸브(FCV1)의 제어를 통해 조절될 수 있고, 멤브레인 탱크(400)에 공급되는 해수의 유량은 제2 유량제어밸브(FCV2)의 제어를 통해 조절될 수 있다.
증발 탱크(200)는 해수공급부(100), 구체적으로는 침전 탱크(130)에서 제2 해수 이송파이프(L2)를 통해 해수를 공급받을 수 있다.
증발 탱크(200)에는 증발 탱크(200)에 수용된 해수를 가열하여 수증기를 생성하는 가열부(210), 예를 들어 선체(20)의 열원으로부터 열 에너지를 공급받는 열 교환 장치가 설치될 수 있다. 증발 탱크(200)에서 생성된 수증기는 응축 탱크(300)로 배출될 수 있다. 증발 탱크(200)와 응축 탱크(300) 사이에는 액적 제거기(mist eliminator)(220)가 설치됨으로써 수증기에서 분산된 형태의 해수를 제거할 수 있다. 증발 탱크(200)에 수용된 해수 중 수증기가 배출되고 남은 고 염도의 해수, 즉 브라인(brine)은 멤브레인 파이프 어셈블리(500)로 배출될 수 있다. 한편, 증발 탱크(200)의 해수 수용 공간은 이젝터(600)에 의해 감압된 상태로서, 예를 들어 대기압의 10% ~ 20%의 압력을 유지할 수 있다. 그 결과, 증발 탱크(200)에 수용된 해수는 약 40℃ ~ 50℃에서 증발하기 때문에 가열부(210)의 에너지 소비량이 절감될 수 있고, 제2 해수 이송파이프(L2)를 통해 증발 탱크(200)로 공급되는 해수는 전술한 것처럼 응축 탱크(300)에 수용된 수증기와 열 교환하여 예열된 상태이기 때문에 가열부(210)의 에너지 소비량이 더욱 절감될 수 있다.
응축 탱크(300)는 증발 탱크(200)에서 배출되는 수증기를 수용할 수 있다.
응축 탱크(300)는 증발 탱크(200)의 상측에 배치될 수 있고, 전술한 것처럼 증발 탱크(200)와 응축 탱크(300) 사이에는 액적 제거기(220)가 설치될 수 있다.
응축 탱크(300)에 수용된 수증기는 전술한 것처럼 응축 탱크(300)를 관통하여 설치된 제2 해수 이송파이프(L2)를 통해 이송되는 해수와 열 교환하여 응축됨으로써 담수로 제조될 수 있다. 응축 탱크(300)에서 제조된 담수는 담수 배출파이프(L4)를 통해 담수 탱크(700)에 저장된 후 선박 또는 해양 구조물의 거주 인원의 식수 공급 용도 등으로 사용될 수 있다.
멤브레인 탱크(400)는 해수공급부(100), 구체적으로는 침전 탱크(130)에서 제2 해수 이송파이프(L2)를 통해 해수를 공급받을 수 있다.
멤브레인 파이프 어셈블리(500)는 증발 탱크(200)에서 배출되는 브라인을 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수를 이용하여 희석 및 가압한 후 이젝터(600), 구체적으로는 이젝터(600)의 노즐부로 공급할 수 있다.
멤브레인 파이프 어셈블리(500)는 복수 개의 멤브레인 파이프(510), 제1 브라인 이송파이프(L5), 제1 개폐밸브(V1), 제2 브라인 이송파이프(L6), 제2 개폐밸브(V2), 제3 브라인 이송파이프(L7), 제3 개폐밸브(V3), 압력 센서(520) 및 제어부(530)를 포함할 수 있다.
멤브레인 파이프(510)는 멤브레인 탱크(400) 내에서 해수에 잠기도록 설치될 수 있다.
멤브레인 파이프(510)는 증발 탱크(200)에서 배출되는 브라인을 수용할 수 있고, 해수에 포함된 물의 출입은 허용하는 반면 해수에 포함된 염분의 출입은 막는 반투막으로 형성될 수 있다. 그 결과, 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수와 멤브레인 파이프(510)에 수용된 브라인 사이의 염분 농도 차이로 인하여, 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수에서 물 성분만이 반투막을 통해 멤브레인 파이프(510) 내로 유입될 수 있고, 이에 따라 멤브레인 파이프(510)에 수용된 브라인은 희석될 수 있다.
제1 브라인 이송파이프(L5)는 증발 탱크(200)에서 배출되는 브라인을 멤브레인 파이프(510)로 이송할 수 있다.
제1 개폐밸브(V1)는 제1 브라인 이송파이프(L5)에 설치될 수 있다. 제1 개폐밸브(V1)가 개방되면 증발 탱크(200)에 수용된 브라인이 제1 브라인 이송파이프(L5)를 통해 멤브레인 파이프(510)로 유입될 수 있고, 제1 개폐밸브(V1)가 폐쇄되면 증발 탱크(200)에 수용된 브라인의 멤브레인 파이프(510)로의 유입이 차단될 수 있다.
제2 브라인 이송파이프(L6)는 멤브레인 파이프(510)와 이젝터(600)의 흡입실을 연결할 수 있다.
제2 개폐밸브(V2)는 제2 브라인 이송파이프(L6)에 설치될 수 있다. 제2 개폐밸브(V2)가 개방되면 멤브레인 파이프(510)에 수용된 브라인이 제2 브라인 이송파이프(L6)를 통해 이젝터(600)의 흡입실로 유입될 수 있고, 제2 개폐밸브(V2)가 폐쇄되면 멤브레인 파이프(510)에 수용된 브라인의 이젝터(600)의 흡입실로의 유입이 차단될 수 있다.
제3 브라인 이송파이프(L7)는 멤브레인 파이프(510)와 이젝터(600)의 노즐부를 연결할 수 있다.
제3 개폐밸브(V3)는 제3 브라인 이송파이프(L7)에 설치될 수 있다. 제3 개폐밸브(V3)가 개방되면 멤브레인 파이프(510)에 수용된 브라인이 제3 브라인 이송파이프(L7)를 통해 이젝터(600)의 노즐부로 유입될 수 있고, 제3 개폐밸브(V3)가 폐쇄되면 멤브레인 파이프(510)에 수용된 브라인의 이젝터(600)의 노즐부로의 유입이 차단될 수 있다.
압력 센서(520)는 멤브레인 파이프(510)의 브라인 수용 공간의 압력을 검출할 수 있다.
제1 브라인 이송파이프(L5), 제1 개폐밸브(V1), 제2 브라인 이송파이프(L6), 제2 개폐밸브(V2), 제3 브라인 이송파이프(L7), 제3 개폐밸브(V3) 및 압력 센서(520)는 각각 멤브레인 파이프(510)의 개수와 동일한 개수로 이루어질 수 있다.
제어부(530)는 압력 센서(520)에서 검출되는 압력에 따라 제1 개폐밸브(V1), 제2 개폐밸브(V2) 및 제3 개폐밸브(V3)의 개폐 여부를 제어함으로써, 증발 탱크(200)에서 배출되는 브라인을 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수를 이용하여 희석 및 가압한 후 이젝터(600), 구체적으로는 이젝터(600)의 노즐부로 공급할 수 있다. 구체적으로, 제어부(530)는 압력 센서(520)에서 검출되는 압력이 기 설정된 제1 기준압력, 예를 들어 3barg 이상이 될 때까지 제1 개폐밸브(V1), 제2 개폐밸브(V2) 및 제3 개폐밸브(V3)를 폐쇄할 수 있다. 제1 개폐밸브(V1), 제2 개폐밸브(V2) 및 제3 개폐밸브(V3)가 폐쇄된 상태에서는, 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수와 멤브레인 파이프(510)에 수용된 브라인 사이의 염분 농도 차이로 인하여, 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수에서 물 성분만이 반투막을 통해 멤브레인 파이프(510) 내로 유입될 수 있고, 이에 따라 멤브레인 파이프(510)에 수용된 브라인이 희석됨과 동시에 멤브레인 파이프(510)의 브라인 수용 공간의 압력이 상승할 수 있다. 멤브레인 파이프(510)의 브라인 수용 공간의 압력이 상승함에 따라 압력 센서(520)에서 검출되는 압력이 기 설정된 제1 기준압력 이상이 되면, 제어부(530)는 제3 개폐밸브(V3)만을 개방할 수 있다. 제3 개폐밸브(V3)가 개방되면, 멤브레인 파이프(510)에 수용된 브라인이 제3 브라인 이송파이프(L7)를 통해 이젝터(600)의 노즐부로 유입됨으로써 높은 압력의 브라인이 이젝터(600)를 통과하면서 증발 탱크(200)의 해수 수용 공간의 압력을 낮출 수 있다. 멤브레인 파이프(510)에 수용된 브라인이 배출됨에 따라 멤브레인 파이프(510)의 브라인 수용 공간의 압력이 점차 낮아져서 제1 기준압력보다 낮게 설정된 제2 기준압력 이하가 되면, 제어부(530)는 제3 개폐밸브(V3)를 폐쇄하고 기 설정된 시간 동안 제1 개폐밸브(V1) 및 제2 개폐밸브(V2)를 개방한 후 폐쇄할 수 있다. 제3 개폐밸브(V3)가 폐쇄되고 제1 개폐밸브(V1) 및 제2 개폐밸브(V2)가 개방되면, 이젝터(600)의 흡입실에 연결된 제2 브라인 이송파이프(L6)에 의해 멤브레인 파이프(510)의 브라인 수용 공간이 감압되면서 멤브레인 파이프(510)에 남아 있던 희석된 상태의 브라인은 제2 브라인 이송파이프(L6)을 통해 이젝터(600)의 흡인실로 배출되고 증발 탱크(200)에 수용된 브라인은 제1 브라인 이송파이프(L5)를 통해 멤브레인 파이프(510)로 원활하게 유입될 수 있다. 제1 개폐밸브(V1) 및 제2 개폐밸브(V2)를 개방하는 시간은 멤브레인 파이프(510)에 남아 있던 희석된 상태의 브라인이 이젝터(600)로 모두 배출되고 멤브레인 파이프(510)의 브라인 수용 공간이 증발 탱크(200)에서 배출되는 새로운 브라인으로 채워질 수 있는 시간으로 설정될 수 있다. 한편, 멤브레인 파이프(510)를 복수 개로 형성한 이유는, 도 2에 도시된 것처럼, 제1 멤브레인 파이프(510a)에서 가압된 상태의 브라인이 이젝터(600)의 노즐부로 공급되는 동안에 이젝터(600)의 흡입실에 형성되는 부압을 이용하여 제2 멤브레인 파이프(510b)의 브라인 수용 공간을 증발 탱크(200)에서 배출되는 브라인으로 채우기 위함이다.
이젝터(600)는 이젝터(600)의 흡입실과 증발 탱크(200)의 상부를 연결하는 감압파이프(L8)를 통해 증발 탱크(200)의 해수 수용 공간의 압력을 낮출 수 있다. 감압파이프(L8)의 입구는 해수 수용 공간에 수용된 해수의 수면 상측에 배치될 수 있다.
이젝터(600)는 공지된 장치로서, 노즐부, 디퓨저부 및 흡입실을 구비할 수 있다. 이젝터(600)의 작동 원리를 간단히 설명하면, 고압의 작동 유체, 즉 멤브레인 파이프(510)에서 공급되는 가압된 상태의 브라인이 이젝터(600)의 노즐부로 공급되면, 브라인이 노즐부에서 디퓨저부로 이동하는 과정에서 흡입실에 부압이 형성되고, 흡입실에 형성된 부압으로 인해 흡입실에 연결된 각종 장치, 예를 들어 증발 탱크(200)의 해수 수용 공간이 감압될 수 있다. 한편, 이젝터(600)의 디퓨저부로 이동한 브라인은 이젝터(600)의 디퓨저부에 연결된 브라인 배출파이프(L9)를 통해 예를 들어 선체(20)의 외부로 배출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 진공 증발식 조수 장치(10)는 해수 배출파이프(L10), 염분 농도 센서(410) 및 제4 개폐밸브(V4)를 더 포함할 수 있다.
해수 배출파이프(L10)는 멤브레인 탱크(400)와 증발 탱크(200) 또는 이젝터(600)의 흡입실을 연결함으로써 멤브레인 탱크(400)에서 배출되는 해수를 증발 탱크(200) 또는 이젝터(600)의 흡입실로 이송할 수 있다. 한편, 해수 배출파이프(L10)에는 멤브레인 탱크(400)에서 배출된 해수가 증발 탱크(200)까지 이송되는데 필요한 유체 압력을 제공하는 배출 펌프(420)가 설치될 수 있다. 하지만, 해수 배출파이프(L10)가 증발 탱크(200)가 아닌 이젝터(600)의 흡입실에 연결되는 경우에는, 이젝터(600)의 흡입실에 형성되는 부압에 의해 멤브레인 탱크(400)에서 배출된 해수가 이젝터(600)의 흡입실까지 이송될 수 있으므로 별도의 배출 펌프가 요구되지 않을 수 있다. 그 결과, 진공 증발식 조수 장치(10)에서 전체 펌프 용량은 최소화될 수 있다.
염분 농도 센서(410)는 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수의 염분 농도를 검출할 수 있다.
제4 개폐밸브(V4)는 해수 배출파이프(L10)에 설치될 수 있다. 제4 개폐밸브(V4)가 개방되면 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수가 해수 배출파이프(L10)를 통해 증발 탱크(200) 또는 이젝터(600)의 흡입실로 유입될 수 있고, 제4 개폐밸브(V4)가 폐쇄되면 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수의 증발 탱크(200) 또는 이젝터(600)의 흡입실로의 유입이 차단될 수 있다. 제4 개폐밸브(V4)의 개폐 여부는 제어부(530)에 의해 제어될 수 있다. 구체적으로, 제어부(530)는 염분 농도 센서(410)에서 검출되는 염분 농도가 기 설정된 기준농도 이상이 되면 제4 개폐밸브(V4)를 개방할 수 있다. 제어부(530)가 제4 개폐밸브(V4)를 개방하게 되는 기준농도는 멤브레인 파이프(510)의 브라인 수용 공간의 압력이 기 설정된 제1 기준압력이 될 때까지 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수의 물 성분이 멤브레인 탱크(400)와 멤브레인 파이프(510) 사이의 압력 차이를 극복하고 멤브레인 파이프(510)로 이동할 수 있는 최대 염분 농도로 설정될 수 있다. 제어부(530)는 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수가 증발 탱크(200) 또는 이젝터(600)의 흡입실로 배출됨으로 인해 염분 농도 센서(410)에서 검출되는 염분 농도가 기준농도 미만이 되면, 즉 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수의 염분 농도가 취수구(30)로 유입되는 해수의 염분 농도와 기준농도 사이에서 기 설정된 폐쇄농도 이하가 되면 제4 개폐밸브(V4)를 폐쇄할 수 있다. 그 결과, 멤브레인 탱크(400)에 수용된 해수의 염분 농도가 증가함으로 인하여 해수에 포함된 물 성분의 반투막을 통한 이동이 제한되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 배출 펌프(420)가 해수 배출파이프(L10)에 설치된 경우에, 제어부(530)는 제4 개폐밸브(V4)를 개방함과 동시에 배출 펌프(420)를 구동할 수 있고 제4 개폐밸브(V4)를 폐쇄함과 동시에 배출 펌프(420)를 정지시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
L1: 제1 해수 이송파이프 L2: 제2 해수 이송파이프
L3: 이물질 배출파이프 L4: 담수 배출파이프
L5: 제1 브라인 이송파이프 L6: 제2 브라인 이송파이프
L7: 제3 브라인 이송파이프 L8: 감압파이프
L9: 브라인 배출파이프 L10: 해수 배출파이프
DV: 드레인 밸브 FCV1: 제1 유량제어밸브
FCV2: 제2 유량제어밸브 V1: 제1 개폐밸브
V2: 제2 개폐밸브 V3: 제3 개폐밸브
V4: 제4 개폐밸브 10: 진공 증발식 조수 장치
20: 선체 30: 취수구
100: 해수공급부 110: 필터
120: 해수 펌프 130: 침전 탱크
200: 증발 탱크 210: 가열부
220: 액적 제거기 300: 응축 탱크
400: 멤브레인 탱크 410: 염분 농도 센서
420: 배출 펌프 500: 멤브레인 파이프 어셈블리
510: 멤브레인 파이프 520: 압력 센서
530: 제어부 600: 이젝터
700: 담수 탱크

Claims (10)

  1. 해수를 공급하는 해수공급부;
    상기 해수공급부에서 해수를 공급받는 증발 탱크;
    상기 증발 탱크의 해수 수용 공간의 압력을 낮추는 이젝터;
    상기 증발 탱크에 설치되고, 상기 증발 탱크에 수용된 해수를 가열하는 가열부;
    상기 증발 탱크에서 배출되는 수증기를 수용하는 응축 탱크;
    상기 응축 탱크를 관통하여 설치되고, 상기 해수공급부에서 공급되는 해수를 이송하는 제2 해수 이송파이프;
    상기 해수공급부에서 해수를 공급받는 멤브레인 탱크; 및
    상기 증발 탱크에서 배출되는 브라인(brine)을 상기 멤브레인 탱크에 수용된 해수를 이용하여 희석 및 가압한 후 상기 이젝터로 공급하는 멤브레인 파이프 어셈블리를 포함하는 진공 증발식 조수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응축 탱크에서 배출되는 담수를 이송하는 담수 배출파이프; 및
    상기 이젝터에서 배출되는 브라인을 이송하는 브라인 배출파이프를 더 포함하는 진공 증발식 조수 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인 파이프 어셈블리는,
    상기 멤브레인 탱크 내에 설치되는 복수 개의 멤브레인 파이프;
    상기 증발 탱크에서 배출되는 브라인을 상기 멤브레인 파이프로 이송하는 제1 브라인 이송파이프;
    상기 제1 브라인 이송파이프에 설치되는 제1 개폐밸브;
    상기 멤브레인 파이프와 상기 이젝터의 흡입실을 연결하는 제2 브라인 이송파이프;
    상기 제2 브라인 이송파이프에 설치되는 제2 개폐밸브;
    상기 멤브레인 파이프와 상기 이젝터의 노즐부를 연결하는 제3 브라인 이송파이프; 및
    상기 제3 브라인 이송파이프에 설치되는 제3 개폐밸브를 포함하는 진공 증발식 조수 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 멤브레인 파이프는 해수에 포함된 물의 출입은 허용하는 반면 해수에 포함된 염분의 출입은 막는 반투막으로 형성되는 진공 증발식 조수 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 멤브레인 파이프 어셈블리는,
    상기 멤브레인 파이프의 브라인 수용 공간의 압력을 검출하는 압력 센서; 및
    상기 압력 센서에서 검출되는 압력에 따라, 상기 제1 개폐밸브, 상기 제2 개폐밸브 및 상기 제3 개폐밸브의 개폐 여부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 진공 증발식 조수 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압력 센서에서 검출되는 압력이 기 설정된 제1 기준압력 이상이 되면, 상기 제3 개폐밸브만을 개방하고,
    상기 압력 센서에서 검출되는 압력이 상기 제1 기준압력보다 작게 설정된 제2 기준압력 이하가 되면, 상기 제3 개폐밸브를 폐쇄하고 기 설정된 시간 동안 상기 제1 개폐밸브 및 상기 제2 개폐밸브를 개방한 후 폐쇄하는 진공 증발식 조수 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 멤브레인 탱크에서 배출되는 해수를 이송하는 해수 배출파이프;
    상기 멤브레인 탱크에 수용된 해수의 염분 농도를 검출하는 염분 농도 센서; 및
    상기 해수 배출파이프에 설치되는 제4 개폐밸브를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 염분 농도 센서에서 검출되는 염분 농도가 기 설정된 기준농도 이상이 되면 상기 제4 개폐밸브를 개방하는 진공 증발식 조수 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 해수 배출파이프는 상기 증발 탱크 또는 상기 이젝터의 흡입실로 연결되는 진공 증발식 조수 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 해수공급부는,
    선체 취수구에 연결되는 제1 해수 이송파이프;
    상기 제1 해수 이송파이프에 설치되어, 해수에 포함된 이물질을 걸러주는 필터;
    상기 제1 해수 이송파이프에 설치되는 해수 펌프; 및
    상기 제1 해수 이송파이프를 통해 이송된 해수를 수용하고, 상기 증발 탱크 및 상기 멤브레인 탱크보다 높은 위치에 배치되어 상기 제2 해수 이송파이프를 통해 상기 증발 탱크 및 상기 멤브레인 탱크에 해수를 공급하는 침전 탱크를 포함하는 진공 증발식 조수 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 해수 이송파이프의 입구는 상기 침전 탱크의 저면으로부터 상향 이격되어 배치되는 진공 증발식 조수 장치.
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