KR20200054142A - 이중 실린더를 구비한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치 - Google Patents

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이준형
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Abstract

본 발명은 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에 있어서, 상기 에너지 회수장치는 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지에 유압을 추가할 수 있는 이중 실린더를 포함하고, 상기 이중 실린더는 해수용의 수압실린더(110) 속에서 유압실린더가 상기 해수용 수압실린더(110)의 피스톤로드 역할을 수행할 수 있도록 상기 해수용 수압실린더(110) 속에 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)가 이중으로 설치되고, 상기 수압실린더(110)는 로드측의 농축해수 출입챔버(111)와 헤드측의 공급해수 출입챔버(112)로 구분되며, 상기 수압실린더(110)와 상기 유압실린더 피스톤로드(130)는 고정되고, 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)만 유체의 출입변화에 따라 왕복구동된다.

Description

이중 실린더를 구비한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치{ENERGY RECOVERY DEVICE WITH DOUBLE CYLINDERS FOR SEAWATER REVERSE OSMOSIS(SWRO) DESALINATION SYSTEM}
본 발명은 이중 실린더를 구비한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지에 유압을 추가할 수 있는 이중 실린더를 구비한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에 관한 것이다.
해수의 담수화, 특히 역삼투압 방식의 해수 담수화에서는 해수의 삼투압보다 높은 압력으로 반투막에 대하여 해수를 압축할 때, 그 반투막을 통과하지 못한 해수는 그 농도가 농축되고, 막을 통과한 해수는 염이 제거된 처리수(생산수)로 얻어진다.
또한, 역삼투법에 의한 해수의 담수화에서는 해수의 삼투압을 이기기 위한 높은 압력(역삼투압)이 필요하며, 담수화 과정에서 반투막을 통과하지 못한 농축해수는 역삼투압의 대부분을 지니고 있어, 이러한 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지를 담수화할 공급용 해수에 회수시키는 에너지 회수장치가 이용되고 있다.
그리고 이러한 에너지 회수장치는 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지에 유압을 추가할 경우, 적은 에너지로 충분한 역삼투압을 구비한 공급해수 조건을 만들 수 있다.
도 1은 유압장치를 추가한 종래기술에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치의 개념도이다.
도 1에 의하면 종래기술에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치(10)는 수압실린더(11)와 유압실린더(12)가 하나의 피스톤 로드(13)에 의해 직렬로 연결되어 그 한 쌍이 병렬로 배치되고, 담수화 모듈(20) 및 해수공급 펌프(30)와 연결되며, 담수화 모듈의 반투막(21)을 통과하지 못한 고압의 농축해수(50)와 유압유(60)의 가압에 의해 담수화할 공급해수(40)가 담수화 모듈(20)로 공급되는 매체의 흐름을 가지고 있다.
이와 같이 종래기술에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치(10)에서는 수압실린더(11)에 에너지를 전달하는 유압실린더(12)를 에너지 손실을 줄이기 위해 직렬로 배치하는데, 이때 왕복운동하는 피스톤 로드(13)가 유압 및 수압실린더의 내부에 모두 접촉하게 되면 각 실린더에 사용되는 서로 다른 유체가 혼합될 우려가 있으므로, 양 실린더 사이에 충분한 공간을 확보해야 하고, 이에 따라 에너지 회수장치의 전체 실린더 장치의 길이가 길어져 에너지 회수장치의 설치공간에 대한 제약과 피스톤 로드의 정렬에 어려움이 발생한다.
한편, 한 몸체에 실린더 내경의 크기를 달리하는 대구경실린더와 소구경실린더를 조합하여 좁은 공간에서 실린더 2개를 장착한 효과를 낼 수 있는 이중 유공압(二重 油空壓) 실린더가 개발되기는 하였으나(등록실용신안공보 등록번호 20-0395398 참조), 상기 이중 유공압(二重 油空壓) 실린더는 필요에 따라 힘(POWER)과 속도를 선택하여 사용할 수 있도록 한 것이어서, 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치의 이중 실린더로 사용할 수는 없다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지에 유압을 추가할 수 있는 이중 실린더를 구비한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지에 유압을 추가할 수 있는 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에 있어서, 수압용 및 유압용으로 두 개의 실린더를 직렬로 배치하더라도 왕복운동하는 피스톤 로드가 유압 및 수압실린더의 내부에 모두 접촉하여 각 실린더에 사용되는 서로 다른 유체가 혼합되지 않고, 또한, 유체가 혼합되지 않도록 양 실린더 사이에 충분한 공간을 확보하기 위해 에너지 회수장치의 전체 실린더 장치의 길이를 길게 함에 따른 에너지 회수장치의 설치공간에 대한 제약과 피스톤 로드 정렬의 어려움을 완화할 수 있는 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지에 유압을 추가할 수 있는 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치로서, 수압용 및 유압용으로 두 개의 실린더를 직렬로 배치하더라도 행정거리의 2배에 해당하는 공간만이 필요하여, 결과적으로 하나의 실린더를 사용하기 위해 필요한 공간만으로 장치의 설치가 가능한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에 있어서, 상기 에너지 회수장치는 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지에 유압을 추가할 수 있는 이중 실린더를 포함하고, 상기 이중 실린더는: 해수용의 수압실린더 속에서 유압실린더가 상기 해수용 수압실린더의 피스톤로드 역할을 수행할 수 있도록 상기 해수용 수압실린더 속에 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드가 이중으로 설치되고; 상기 수압실린더는 로드측의 농축해수 출입챔버와 헤드측의 공급해수 출입챔버로 구분되며; 상기 수압실린더와 상기 유압실린더 피스톤로드는 고정되고, 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드만 유체의 출입변화에 따라 왕복구동되는, 이중 실린더를 구비한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에 사용되는 이중 실린더로서, 상기 이중 실린더는 해수용의 수압실린더 속에서 유압실린더가 상기 해수용 수압실린더의 피스톤로드 역할을 수행할 수 있도록 상기 해수용 수압실린더 속에 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드가 이중으로 설치되고, 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드도 유압실린더 피스톤로드를 구비하되,상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드만 유체의 출입변화에 따라 왕복구동되고, 상기 수압실린더와 상기 유압실린더 피스톤로드는 고정되는 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치의 이중 실린더를 제공한다.
여기서 상기 이중 실린더의 유압실린더 피스톤로드는, 그 노출된 외부로부터 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드의 유압 실린더 헤드측까지 연결되는 유압유 출입유로를 그 내측 중공부에 구비하고, 또한, 그 노출된 외부로부터 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드의 유압 실린더 로드측에 연결되는 유압유 출입유로를 상기 중공부에서 원주방향으로 이격되게 구비한다.
본 발명은 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지에 유압을 추가할 수 있는 이중 실린더를 구비한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치를 제공하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치는 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지에 유압을 추가할 수 있는 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치로서, 수압용 및 유압용으로 두 개의 실린더를 직렬로 배치하더라도 왕복운동하는 피스톤 로드가 유압 및 수압실린더의 내부에 모두 접촉하여 각 실린더에 사용되는 서로 다른 유체가 혼합되지 않고, 또한, 유체가 혼합되지 않도록 양 실린더 사이에 충분한 공간을 확보하기 위해 에너지 회수장치의 전체 실린더 장치의 길이를 길게 함에 따른 에너지 회수장치의 설치공간에 대한 제약과 피스톤 로드 정렬의 어려움을 완화할 수 있는 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치를 제공하는 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 이중 실린더를 구비한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치는 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지에 유압을 추가할 수 있는 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치로서, 수압용 및 유압용으로 두 개의 실린더를 배치하더라도 행정거리의 2배에 해당하는 공간만이 필요하여, 결과적으로 하나의 실린더를 사용하기 위해 필요한 공간만으로 장치의 설치가 가능한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치를 제공하는 효과를 가진다.
도 1은 유압장치를 추가한 종래기술에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치의 개념도이다.
도 2, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치의 이중 실린더에 대한 구조 및 작동을 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 설명한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능이 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 것으로 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
일반적으로 에너지 전달손실을 줄이기 위하여 유압실린더와 수압실린더가 직렬로 배치되고 두 개의 피스톤 로드가 기계적으로 연결되어 있는 조건에서 각 실린더에 사용되는 서로 다른 유체의 혼합을 방지하기 위해서는, 피스톤 로드를 포함하여 두 개의 실린더를 배치하기 위한 총 길이가 최소한 행정거리의 3배 이상을 충족시키는 공간이 필요하다.
그러나 큰 실린더 속에 작은 실린더(Cylinder-in-Cylinder)와 같이 실린더 2개를 이중으로 배치한다면 행정거리의 2배에 해당하는 공간만이 필요하고, 이는 하나의 실린더를 사용하기 위해 필요한 공간과 동일한 것이다.
다만, 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치, 특히 반투막을 통과하지 못한 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지에 유압을 추가할 수 있도록 구성된 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에서는, 고압의 역삼투 농축해수, 담수화할 공급용 해수 및 유압유의 세 가지 매체를 출입시켜야 하므로, 본 발명에 따른 이중 실린더(Cylinder-in-Cylinder)는 이러한 매체들의 출입에 적합하도록 특별한 구조와 작동체제를 가진다.
도 2, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치의 이중 실린더에 대한 구조 및 작동을 나타내는 개념도이다.
도 2에 의하면 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치는 해수용의 수압실린더(110) 속에서 유압실린더가 상기 해수용 수압실린더(110)의 피스톤로드 역할을 수행할 수 있도록 상기 해수용 수압실린더(110) 속에 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)가 이중으로 설치되고, 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)도 유압실린더 피스톤로드(130)를 구비한다,
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치(100)는 해수용으로 수압실린더(110)와 수압실린더 피스톤로드를 구비하고, 유압용으로 유압실린더와 유압실린더 피스톤로드(130)를 구비하되, 수압실린더 피스톤로드와 유압실린더의 역할을 하나의 부품으로 이루어진 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)가 동시에 수행할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에서는 수압실린더(110)가 로드측의 농축해수 출입챔버(111)와 헤드측의 공급해수 출입챔버(112)로 구분된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에서는 유압실린더 피스톤로드(130)가 그 노출된 외부로부터 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)의 유압 실린더 헤드측까지 연결되는 유압유 출입유로(131)를 그 내측 중공부에 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에서는 유압실린더 피스톤로드(130)가 그 노출된 외부로부터 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)의 유압 실린더 로드측에 연결되는 유압유 출입유로(132, 133)를 상기 중공부에서 원주방향으로 이격되게 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에서는 상기 수압실린더(110)와 상기 유압실린더 피스톤로드(130)는 고정되고, 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)만 유체의 출입변화에 따라 왕복구동된다.
상기 구성을 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 담수화할 공급해수를 가압하여 담수화 모듈로 유출할 때의 행정을 나타내는 것으로, 수압실린더(110)의 로드측 농축해수 출입챔버(111)에 고압의 역삼투 농축해수가 유입되고(111a), 유압실린더 피스톤로드(130)의 내측 중공부에 구비되어 있는 유압유 출입유로(131)를 통해 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)의 유압 실린더 헤드측에 유압유가 유입된다(121a).
이때 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)가 수압실린더(110)의 헤드측으로 이동하여, 수압실린더(110)의 헤드측 공급해수 출입챔버(112)에 유입되어 있던 저압의 공급해수를 가압하게 되고, 가압된 공급해수는 고압의 상태에서 담수화 모듈(도 1의 20)로 유출된다(112b)
이 과정에서 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)의 유압 실린더 로드측에 유입되어 있던 유압유가 유압실린더 피스톤로드(130)의 중공부에서 원주방향으로 이격되어 있는 유압유 출입유로(132, 133)를 통해 저압측으로 유출된다(121b).
도 3은 도 2의 행정에 대한 복귀행정으로, 유압실린더 피스톤로드(130)의 중공부에서 원주방향으로 이격되어 었는 유압유 출입유로(132, 133)를 통해 유압실린더겸 수압실린더 피스톤로드(120)의 유압실린더 로드측에 유압유가 유입된다(121c).
이때 수압실린더(110)와 유압실린더 피스톤로드(130)는 고정되어 있기 때문에 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)만 수압실린더(110)의 로드측으로 이동하게 되어, 수압실린더(110)의 헤드측 공급해수 출입챔버(112)에 공급해수가 유입되고(112a), 수압실린더(110)의 로드측 농축해수 출입챔버(111)로부터 농축해수가 유출된다(111b).
이 과정에서 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)의 유압 실린더 헤드측에 유입되어 있던 유압유가 유압실린더 피스톤로드(130)의 내측 중공부에 구비되어 있는 유압유 출입유로(131)를 통해 저압측으로 유출된다(121d).
상기와 같이 본 발명에 따른 이중 실린더를 구비한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에 대하여 예시된 도면을 참조하면서 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음을 첨언한다.
10: 에너지 회수장치
11: 수압실린더
12: 유압실린더
13: 피스톤 로드
20: 담수화 모듈
21: 반투막
30: 해수공급 펌프
40: 공급해수
50: 농축해수
60: 유압유
70: 생산수
100: 에너지 회수장치
110: 수압실린더
111: 농축해수 출입챔버
111a: 수압실린더 로드측으로 농축해수의 유입
111b: 저압의 상태로 농축해수의 유출
112: 공급해수 출입챔버
112a: 수압실린더 헤드측으로 공급해수의 유입
112b: 고압의 상태로 공급해수의 유출
120: 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드
121: 유압유
121a: 유압실린더 헤드측으로 유압유의 유입
121b: 저압의 상태로 유압유의 유출
121c: 유압실린더 로드측으로 유압유의 유입
121d: 저압의 상태로 유압유의 유출
130: 유압실린더 피스톤로드
131, 132, 133: 유압유 출입유로

Claims (3)

  1. 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에 있어서,
    상기 에너지 회수장치는 고압의 역삼투 농축해수가 가진 에너지에 유압을 추가할 수 있는 이중 실린더를 포함하고,
    상기 이중 실린더는:
    해수용의 수압실린더(110) 속에서 유압실린더가 상기 해수용 수압실린더(110)의 피스톤로드 역할을 수행할 수 있도록 상기 해수용 수압실린더(110) 속에 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)가 이중으로 설치되고;
    상기 수압실린더(110)는 로드측의 농축해수 출입챔버(111)와 헤드측의 공급해수 출입챔버(112)로 구분되며;
    상기 수압실린더(110)와 상기 유압실린더 피스톤로드(130)는 고정되고, 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)만 유체의 출입변화에 따라 왕복구동되는, 이중 실린더를 구비한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치.
  2. 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치에 사용되는 이중 실린더로서,
    상기 이중 실린더는 해수용의 수압실린더(110) 속에서 유압실린더가 상기 해수용 수압실린더(110)의 피스톤로드 역할을 수행할 수 있도록 상기 해수용 수압실린더(110) 속에 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)가 이중으로 설치되고, 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)도 유압실린더 피스톤로드(130)를 구비하되,
    상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)만 유체의 출입변화에 따라 왕복구동되고, 상기 수압실린더(110)와 상기 유압실린더 피스톤로드(130)는 고정되는, 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치의 이중 실린더.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유압실린더 피스톤로드(130)는,
    그 노출된 외부로부터 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)의 유압 실린더 헤드측까지 연결되는 유압유 출입유로(131)를 그 내측 중공부에 구비하고, 또한, 그 노출된 외부로부터 상기 유압실린더 겸 수압실린더 피스톤로드(120)의 유압 실린더 로드측에 연결되는 유압유 출입유로(132, 133)를 상기 중공부에서 원주방향으로 이격되게 구비하는, 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치의 이중 실린더.
KR1020200051602A 2020-04-28 2020-04-28 이중 실린더를 구비한 역삼투압 방식의 해수 담수화 시스템용 에너지 회수장치 KR20200054142A (ko)

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