KR20200095696A - Seawater desalination system using heat pump with mixing valve and cyclone, and operating method thereof - Google Patents

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Abstract

Various embodiments relate to a seawater desalination system using a heat pump with a mixing valve and a cyclone attached thereto, and an operating method thereof. The seawater desalination system is configured as follows. A heat exchanger heats seawater, and the mixing valve detects seawater from the outlet of the heat exchanger. The mixing valve circulates the seawater to the inlet of the heat exchanger when the temperature of seawater is less than a predetermined temperature, and introduces the seawater into the cyclone when the temperature of seawater is higher than the predetermined temperature. The cyclone removes impurities from seawater vapor and an evaporator of the heat pump recovers fresh water from steam.

Description

믹싱 밸브와 사이클론이 부착된 히트 펌프를 이용하는 해수 담수화 시스템 및 그의 동작 방법{SEAWATER DESALINATION SYSTEM USING HEAT PUMP WITH MIXING VALVE AND CYCLONE, AND OPERATING METHOD THEREOF}A seawater desalination system using a heat pump with a mixing valve and a cyclone, and its operation method {SEAWATER DESALINATION SYSTEM USING HEAT PUMP WITH MIXING VALVE AND CYCLONE, AND OPERATING METHOD THEREOF}

다양한 실시예들은 믹싱 밸브와 사이클론이 부착된 히트 펌프를 이용하는 해수 담수화 시스템 및 그의 동작 방법에 관한 것이다. Various embodiments relate to a seawater desalination system and a method of operation thereof using a heat pump with a mixing valve and a cyclone attached thereto.

일반적으로, 해수 담수화 방법으로는 크게 증발법, 역삼투막법, 전기투석법, 냉동법 등이 있다. 역삼투막법은 삼투현상과 반대로 고농도의 용액에서 순수한 물이 저농도 용액으로 흘러 들어가는 원리를 이용한 방식으로 최근 들어 가장 많이 사용되고 있는 방법이다. 이 때 역삼투막법은, 담수생산비용이 낮고 수요량 변화에 대한 탄력성이 높은 장점이 있는 반면, 유입되는 해수의 수질에 큰 영향을 받기 때문에 고도의 전처리 시설이 요구되고, 전처리시설, 역삼투시설, 후처리시설 등 대규모 설비가 필요하므로 넓은 부지와 복잡한 기계시설이 필요하다는 단점이 있다. 한편, 증발법은 해수 담수화 방법 중에서 가장 오래된 기술로서, 현재까지 사용되고 있는 방법이다. 증발법은 해수를 증발시켜 담수를 얻으며, 증발기의 형상과 열원의 이용방법에 따라 다단플래쉬(MSF; Multi-Stage Flash), 다중효용(MED; Multiple-Effect), 증기압축식(MVC; Mechanical Vapor Compression) 등으로 분류될 수 있다. 이 중 가장 많이 사용되고 있는 다단플래쉬는, 가열된 해수(90 ℃~110 ℃)가 오리피스를 통해 감압상태에 놓여져 있는 격실로 분출되면서 자체적으로 증발하여 수증기를 발생시키고, 발생한 수증기가 격실 상단부의 배관으로 유입되는 해수와 열교환되어 담수를 생산함과 동시에 유입되는 해수의 가열원으로 사용되는 방법을 말한다. In general, seawater desalination methods include evaporation method, reverse osmosis membrane method, electrodialysis method, and freezing method. The reverse osmosis membrane method uses the principle that pure water flows from a high concentration solution into a low concentration solution, contrary to the osmosis phenomenon, and is the most widely used method in recent years. At this time, the reverse osmosis membrane method has the advantages of low freshwater production cost and high elasticity against changes in demand, but it is greatly affected by the quality of the incoming seawater, so it requires advanced pretreatment facilities. Since large-scale facilities such as treatment facilities are required, there is a disadvantage in that a large site and complex mechanical facilities are required. On the other hand, the evaporation method is the oldest technology among seawater desalination methods, and has been used to date. The evaporation method evaporates seawater to obtain fresh water. Depending on the shape of the evaporator and the method of using the heat source, multi-stage flash (MSF), multiple-effects (MED), and mechanical vapor compression (MVC) are used. Compression), etc. In the multi-stage flash, which is the most used among these, heated seawater (90 ℃ ~ 110 ℃) is evaporated by itself as it is ejected through an orifice into a compartment placed in a depressurized state to generate water vapor, and the generated water vapor is passed through the pipe at the top of the compartment. It refers to a method used as a heating source for incoming seawater while producing fresh water by exchanging heat with incoming seawater.

그런데, 상기와 같은 증발법은 해수를 높은 온도까지 가열하는데 소비되는 에너지가 크기 때문에, 석유와 같은 에너지 자원이 풍부한 중동지역을 제외하고는 사용되기 어렵다는 단점이 있으며, 높은 온도의 해수로 인하여 배관 내부에 스케일이 쉽게 발생할 수 있다는 문제점이 존재한다.However, the evaporation method as described above has a disadvantage in that it is difficult to use except in the Middle East, where energy resources such as petroleum are abundant, because the energy consumed to heat seawater to a high temperature is large. There is a problem that scale can easily occur.

다양한 실시예들에 따른 해수 담수화 시스템은, 해수를 가열하도록 구성되는 열 교환기, 상기 해수의 증기에서 불순물을 제거하도록 구성되는 사이클론, 및 상기 증기로부터 담수를 회수하도록 구성되는 증발기를 포함하는 히트 펌프를 포함할 수 있다. A seawater desalination system according to various embodiments includes a heat pump including a heat exchanger configured to heat seawater, a cyclone configured to remove impurities from the steam of the seawater, and an evaporator configured to recover fresh water from the steam. Can include.

다양한 실시예들에 따르면, 상기 해수 담수화 시스템은, 상기 열 교환기와 사이클론 사이에 배치되고, 상기 열 교환기의 출구와 입구 및 상기 사이클론에 연결되는 믹싱 밸브를 더 포함할 수 있다. According to various embodiments, the seawater desalination system may further include a mixing valve disposed between the heat exchanger and the cyclone and connected to an outlet and an inlet of the heat exchanger and the cyclone.

다양한 실시예들에 따른 해수 담수화 시스템의 동작 방법은, 열 교환기가 해수를 가열하는 동작, 사이클론이 상기 해수의 증기로부터, 불순물을 제거하는 동작, 및 히트 펌프의 증발기가 상기 증기로부터 담수를 회수하는 동작을 포함할 수 있다. The operation method of the seawater desalination system according to various embodiments includes an operation in which a heat exchanger heats seawater, an operation in which a cyclone removes impurities from the seawater vapor, and an evaporator of a heat pump recovers freshwater from the vapor. May include actions.

다양한 실시예들에 따르면, 믹싱 밸브가 상기 열 교환기와 사이클론 사이에 배치되고, 상기 열 교환기의 출구와 입구 및 상기 사이클론에 연결될 수 있다. According to various embodiments, a mixing valve may be disposed between the heat exchanger and the cyclone, and may be connected to an outlet and an inlet of the heat exchanger and the cyclone.

다양한 실시예들에 따르면, 해수 담수화 시스템에서 진공압을 형성함으로 인해 해수의 증발 온도를 정해진 온도로 낮출 수 있으며, 히트펌프의 높은 효율을 통해 해수를 증발시키는 데 필요한 에너지가 절약될 수 있다. 아울러, 열 교환기가 히트 펌프와 함께 동작하여, 해수를 가열함에 따라, 해수로 인하여 히트 펌프에 스케일이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이 때 해수가 증발하여 증기 상태로 사이클론을 통과하면서, 사이클론이 높은 원심력에 의해 효과적으로 잔류 염류 등의 불순물을 분리시킬 수 있다. 그리고 믹싱 밸브가, 정해진 온도에 도달할 때까지 해수를 열 교환기에서 순환시킴으로써, 해수가 단시간에 가열될 수 있다. According to various embodiments, the evaporation temperature of seawater may be lowered to a predetermined temperature by forming a vacuum pressure in the seawater desalination system, and energy required to evaporate seawater may be saved through high efficiency of the heat pump. In addition, as the heat exchanger operates together with the heat pump to heat seawater, it is possible to prevent scale from being generated in the heat pump due to seawater. At this time, seawater evaporates and passes through the cyclone in a vapor state, and the cyclone can effectively separate impurities such as residual salts by high centrifugal force. In addition, the mixing valve circulates the seawater in the heat exchanger until a predetermined temperature is reached, so that the seawater can be heated in a short time.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 해수 담수화 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 해수 담수화 시스템을 도시하는 도면이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 해수 담수화 시스템의 동작 방법을 도시하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a seawater desalination system according to various embodiments.
2 is a diagram showing a seawater desalination system according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a method of operating a seawater desalination system according to various embodiments.

이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. Hereinafter, various embodiments of the present document will be described with reference to the accompanying drawings.

본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.Various embodiments of the present document and terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutes of the corresponding embodiment. In connection with the description of the drawings, similar reference numerals may be used for similar elements. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this document, expressions such as "A or B", "at least one of A and/or B", "A, B or C" or "at least one of A, B and/or C", etc. are all of the items listed together. Possible combinations may be included. Expressions such as "first", "second", "first" or "second" can modify the corresponding components, regardless of order or importance, and are used only to distinguish one component from other components The components are not limited. When it is stated that one (eg, first) component is “connected (functionally or communicatively)” to another (eg, second) component or is “connected,” the component is the other It may be directly connected to the component, or may be connected through another component (eg, the third component).

도 1은 다양한 실시예들에 따른 해수 담수화 시스템(100)을 도시하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a seawater desalination system 100 according to various embodiments.

도 1을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 해수 담수화 시스템(100)은, 해수조(110), 순환 펌프(circulation pump; 120), 체크 밸브(check valve; 130), 히트 펌프(heat pump; 140), 열 교환기(heat exchanger; 150), 믹싱 밸브(mixing valve; 160), 사이클론(cyclone; 170), 진공 펌프(vacuum pump; 180) 또는 담수조(190) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a seawater desalination system 100 according to various embodiments includes a seawater tank 110, a circulation pump 120, a check valve 130, and a heat pump; 140), a heat exchanger (150), a mixing valve (160), a cyclone (170), a vacuum pump (180), or at least one of the fresh water tank 190 may be included. .

해수조(110)는 해수를 저장할 수 있다. 이 때 해수는 비교적 깊은 수심에서 유입되며, 낮은 온도, 예컨대 대략 4 ℃일 수 있다. The seawater tank 110 may store seawater. At this time, seawater is introduced from a relatively deep depth, and may be at a low temperature, for example, about 4°C.

순환 펌프(120)는 해수조(110)와 열 교환기(150) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 순환 펌프(120)는 열 교환기(150)에 대하여, 해수를 순환시킬 수 있다. 이를 위해, 순환 펌프(120)는 열 교환기(150)의 입구(151)에 연결될 수 있다. 이 때 순환 펌프(120)는 해수조(110)로부터 열 교환기(150)의 입구(151)로 해수를 유입시킬 수 있다. 또한 순환 펌프(120)는 열 교환기(150)의 출구(153)로부터 토출되는 해수를 열 교환기(150)의 입구(151)로 유입시킬 수 있다. The circulation pump 120 may be disposed between the seawater tank 110 and the heat exchanger 150. In addition, the circulation pump 120 may circulate seawater with respect to the heat exchanger 150. To this end, the circulation pump 120 may be connected to the inlet 151 of the heat exchanger 150. At this time, the circulation pump 120 may introduce seawater from the seawater tank 110 to the inlet 151 of the heat exchanger 150. In addition, the circulation pump 120 may introduce seawater discharged from the outlet 153 of the heat exchanger 150 to the inlet 151 of the heat exchanger 150.

체크 밸브(130)는 해수조(110)와 열 교환기(150) 사이에 배치될 수 있다. 이 때 체크 밸브(130)는 해수조(110)와 순환 펌프(120) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 체크 밸브(130)는 해수조(110)로부터 열 교환기(150)에 대향하여, 해수를 흐르게 할 수 있다. 이 때 체크 밸브(130)는 해수조(110)로부터 열 교환기(150)의 입구(151)에 대향하여, 해수를 흐르게 할 수 있다. 여기서, 체크 밸브(130)는 열 교환기(150)에 반대되는 방향으로 해수를 흐르지 못하게 할 수 있다. The check valve 130 may be disposed between the seawater tank 110 and the heat exchanger 150. At this time, the check valve 130 may be disposed between the seawater tank 110 and the circulation pump 120. In addition, the check valve 130 may face the heat exchanger 150 from the seawater tank 110 and allow seawater to flow. At this time, the check valve 130 may face the inlet 151 of the heat exchanger 150 from the seawater tank 110 and allow seawater to flow. Here, the check valve 130 may prevent seawater from flowing in a direction opposite to the heat exchanger 150.

히트 펌프(140)는 냉매의 냉동 사이클을 이루면서 응축열 및 증발열을 제공할 수 있다. 이 때 히트 펌프(140)는 응축기(141)와 증발기(143)를 포함할 수 있다. 응축기(141)는 냉매를 응축시키면서 고온의 온열을 발생시킬 수 있다. 여기서, 응축기(141)의 온열이 열 교환기(150)에 제공될 수 있다. 증발기(143)는 냉매를 증발시키면서 저온의 냉열을 발생시킬 수 있다. 그리고 증발기(143)는 증발기(143)의 냉열을 이용하여, 증발기(143)로 유입되는 증기로부터 담수를 회수할 수 있다. The heat pump 140 may provide heat of condensation and heat of evaporation while forming a refrigeration cycle of the refrigerant. In this case, the heat pump 140 may include a condenser 141 and an evaporator 143. The condenser 141 may generate high temperature heat while condensing the refrigerant. Here, the heat of the condenser 141 may be provided to the heat exchanger 150. The evaporator 143 may generate low temperature cold heat while evaporating the refrigerant. In addition, the evaporator 143 may recover fresh water from the steam flowing into the evaporator 143 by using the cold heat of the evaporator 143.

열 교환기(150)는 해수를 가열할 수 있다. 이를 위해, 열 교환기(150)는, 히트 펌프(140)의 응축기(141)와 열 교환이 가능하게, 배치될 수 있다. 이 때 열 교환기(150)는 입구(151)로 유입되는 해수를 순환시킬 수 있다. 이를 통해, 열 교환기(150)는 응축기(141)의 온열을 이용하여, 해수를 가열할 수 있다. 여기서, 열 교환기(150)는 출구(153)를 통하여, 해수를 배출할 수 있다. The heat exchanger 150 may heat seawater. To this end, the heat exchanger 150 may be disposed to enable heat exchange with the condenser 141 of the heat pump 140. At this time, the heat exchanger 150 may circulate seawater flowing into the inlet 151. Through this, the heat exchanger 150 may heat seawater by using the heat of the condenser 141. Here, the heat exchanger 150 may discharge seawater through the outlet 153.

믹싱 밸브(160)는 열 교환기(150)와 사이클론(170) 사이에 배치될 수 있다. 이 때 믹싱 밸브(160)는 열 교환기(150)의 출구(153)와 열 교환기(150)의 입구(151) 및 사이클론(170)에 연결될 수 있다. 여기서, 믹싱 밸브(160)는 열 교환기(150)의 출구(153)를 열 교환기(150)의 입구(151) 또는 사이클론(170)에 연결할 수 있다. 그리고 믹싱 밸브(160)는 열 교환기(150)의 출구(153)로부터 해수를 검출할 수 있다. 이 때 믹싱 밸브(160)는 해수의 온도에 기반하여, 해수를 열 교환기(150)의 입구(151) 또는 사이클론(170)으로 유입시킬 수 있다. The mixing valve 160 may be disposed between the heat exchanger 150 and the cyclone 170. In this case, the mixing valve 160 may be connected to the outlet 153 of the heat exchanger 150, the inlet 151 of the heat exchanger 150, and the cyclone 170. Here, the mixing valve 160 may connect the outlet 153 of the heat exchanger 150 to the inlet 151 or the cyclone 170 of the heat exchanger 150. In addition, the mixing valve 160 may detect seawater from the outlet 153 of the heat exchanger 150. In this case, the mixing valve 160 may introduce seawater to the inlet 151 of the heat exchanger 150 or the cyclone 170 based on the temperature of the seawater.

해수의 온도가 정해진 온도 미만이면, 믹싱 밸브(160)는 해수를 열 교환기(150)의 입구(151)로 순환시킬 수 있다. 해수의 온도가 정해진 온도 이상이면, 믹싱 밸브(160)는 해수를 사이클론(170)으로 유입시킬 수 있다. 예를 들면, 정해진 온도는 70 ℃ 또는 80 ℃일 수 있다. 즉 해수의 온도가 정해진 온도에 도달할 때까지, 믹싱 밸브(160)가 열 교환기(150)로 해수를 순환시킬 수 있다. 이를 통해, 단시간에, 해수의 온도가 정해진 온도에 도달할 수 있다. 이 후 해수의 온도가 정해진 온도에 도달하면, 믹싱 밸브(160)가 해수를 사이클론(170)으로 유입시킬 수 있다. When the temperature of the seawater is less than the predetermined temperature, the mixing valve 160 may circulate the seawater to the inlet 151 of the heat exchanger 150. When the temperature of the seawater is higher than the predetermined temperature, the mixing valve 160 may introduce seawater into the cyclone 170. For example, the predetermined temperature may be 70 °C or 80 °C. That is, the mixing valve 160 may circulate the seawater to the heat exchanger 150 until the temperature of the seawater reaches a predetermined temperature. Through this, in a short time, the temperature of seawater can reach a predetermined temperature. Thereafter, when the temperature of the seawater reaches a predetermined temperature, the mixing valve 160 may introduce the seawater into the cyclone 170.

사이클론(170)은 해수의 불순물을 제거할 수 있다. 이 때 사이클론(170)의 내부는 진공 펌프(180)에 의해 진공압 상태로 유지될 수 있다. 이를 통해, 믹싱 밸브(160)를 통해 가열된 해수가 사이클론(170)으로 유입되면서, 진공압으로 인해 증발이 되며, 사이클론(170)이 해수의 불순물을 제거할 수 있다. 여기서, 사이클론(170)은 증기와 불순물을 분리할 수 있다. 예를 들면, 사이클론(170)은 해수의 증기에 강력한 선회 흐름을 발생시키고 원심력에 의해 증기와 불순물을 분리할 수 있다. 예를 들면, 불순물은 염분을 포함할 수 있다. 이를 통해, 사이클론(170)이 히트 펌프(140)의 증발기(143)로 증기를 유입시킬 수 있다. The cyclone 170 may remove impurities from seawater. In this case, the inside of the cyclone 170 may be maintained in a vacuum state by the vacuum pump 180. Through this, the seawater heated through the mixing valve 160 flows into the cyclone 170, evaporates due to vacuum pressure, and the cyclone 170 may remove impurities from the seawater. Here, the cyclone 170 may separate vapor and impurities. For example, the cyclone 170 may generate a strong swirling flow in the steam of seawater and separate the steam and impurities by centrifugal force. For example, impurities may include salt. Through this, the cyclone 170 may introduce steam into the evaporator 143 of the heat pump 140.

진공 펌프(180)는 히트 펌프(140)의 증발기(143) 쪽에 연결될 수 있다. 그리고 진공 펌프(180)는 진공 압력을 발생시킬 수 있다. 이를 통해, 해수가 100℃ 보다 낮은 온도에서 증발될 수 있도록 하며 사이클론(170)을 거치고 나온 증기를 증발기(143)쪽으로 유도하여 낮은 온도에서 응축이 되어 담수가 생산되게 한다. The vacuum pump 180 may be connected to the evaporator 143 side of the heat pump 140. In addition, the vacuum pump 180 may generate a vacuum pressure. Through this, the seawater can be evaporated at a temperature lower than 100°C, and the vapor that has passed through the cyclone 170 is guided toward the evaporator 143 to be condensed at a low temperature to produce fresh water.

담수조(190)는 히트 펌프(140)의 증발기(143)쪽에 연결될 수 있다. 이 때 담수조(190)는 진공 펌프(180)와 증발기(143) 사이에 연결될 수 있다. 그리고 담수조(190)는 증발기(143)로부터 배출되는 담수를 저장할 수 있다. The fresh water tank 190 may be connected to the evaporator 143 side of the heat pump 140. In this case, the freshwater tank 190 may be connected between the vacuum pump 180 and the evaporator 143. In addition, the freshwater tank 190 may store fresh water discharged from the evaporator 143.

도 2는 일 실시예에 따른 해수 담수화 시스템(200)을 도시하는 도면이다. 2 is a diagram showing a seawater desalination system 200 according to an embodiment.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 해수 담수화 시스템(200)은, 해수조(210), 순환 펌프(220), 체크 밸브(230), 히트 펌프(240), 열 교환기(250), 믹싱 밸브(260), 사이클론(270), 필터(275), 진공 펌프(280) 또는 담수조(290) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 히트 펌프(240)는 응축기(241)와 증발기(243)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 해수 담수화 시스템(200)의 구성 요소는 도 1의 해수 담수화 시스템(100)의 구성 요소와 동일하므로, 상세한 설명을 생략한다. 다만, 일 실시예에 따른 해수 담수화 시스템(200)은 필터(275)를 더 포함할 수 있다. 2, a seawater desalination system 200 according to an embodiment includes a seawater tank 210, a circulation pump 220, a check valve 230, a heat pump 240, a heat exchanger 250, and mixing A valve 260, a cyclone 270, a filter 275, a vacuum pump 280, or a fresh water tank 290 may be included. According to an embodiment, the heat pump 240 may include a condenser 241 and an evaporator 243. Components of the seawater desalination system 200 according to an embodiment are the same as those of the seawater desalination system 100 of FIG. 1, and thus detailed descriptions thereof will be omitted. However, the seawater desalination system 200 according to an embodiment may further include a filter 275.

필터(275)는 사이클론(270)과 히트 펌프(240)의 증발기(243) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 필터(275)는 사이클론(270)으로부터 배출되는 증기를 필터링할 수 있다. 이 때 사이클론(270)에서 해수의 불순물 중 적어도 일부가 제거되고, 필터(275)가 해수의 불순물 중 나머지를 제거할 수 있다. 이를 통해, 필터(275)가 히트 펌프(240)의 증발기(243)로 증기를 유입시킬 수 있다. The filter 275 may be disposed between the cyclone 270 and the evaporator 243 of the heat pump 240. In addition, the filter 275 may filter the steam discharged from the cyclone 270. At this time, at least some of the impurities of seawater are removed from the cyclone 270, and the filter 275 may remove the rest of the impurities of the seawater. Through this, the filter 275 may introduce steam into the evaporator 243 of the heat pump 240.

다양한 실시예들에 따른 해수 담수화 시스템(100, 200)은, 해수를 가열하도록 구성되는 열 교환기(150, 250), 상기 해수의 증기로부터, 불순물을 제거하도록 구성되는 사이클론(170, 270), 및 상기 증기로부터 담수를 회수하도록 구성되는 증발기(143, 243)를 포함하는 히트 펌프(140, 240)를 포함할 수 있다. Seawater desalination systems 100 and 200 according to various embodiments include heat exchangers 150 and 250 configured to heat seawater, cyclones 170 and 270 configured to remove impurities from steam of the seawater, and Heat pumps 140 and 240 including evaporators 143 and 243 configured to recover fresh water from the vapor may be included.

다양한 실시예들에 따르면, 상기 해수 담수화 시스템(100, 200)은, 상기 열 교환기(150, 250)와 사이클론(170, 270) 사이에 배치되고, 상기 열 교환기(150, 250)의 출구(153, 253)와 입구(151, 251) 및 상기 사이클론(170, 270)에 연결되는 믹싱 밸브(160, 260)를 더 포함할 수 있다.According to various embodiments, the seawater desalination system 100, 200 is disposed between the heat exchangers 150, 250 and the cyclones 170, 270, and the outlet 153 of the heat exchangers 150, 250 , 253 and inlets 151 and 251, and mixing valves 160 and 260 connected to the cyclones 170 and 270 may be further included.

다양한 실시예들에 따르면, 상기 믹싱 밸브(160, 260)는, 상기 열 교환기(150, 250)의 상기 출구(153, 253)로부터 상기 해수를 검출하고, 상기 해수의 온도가 정해진 온도 미만이면, 상기 해수를 상기 열 교환기(150, 250)의 상기 입구(151, 251)로 순환시키고, 상기 해수의 온도가 상기 정해진 온도 이상이면, 상기 해수를 상기 사이클론(170, 270)으로 유입시키도록 구성될 수 있다. According to various embodiments, the mixing valves 160 and 260 detect the seawater from the outlets 153 and 253 of the heat exchangers 150 and 250, and when the temperature of the seawater is less than a predetermined temperature, It is configured to circulate the seawater to the inlets (151, 251) of the heat exchangers (150, 250), and to introduce the seawater into the cyclones (170, 270) when the temperature of the seawater is higher than the predetermined temperature. I can.

일 실시예에 따르면, 상기 해수 담수화 시스템(200)은, 상기 사이클론(270)과 증발기(243) 사이에 배치되며, 상기 증기를 필터링하도록 구성되는 필터(275)를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the seawater desalination system 200 may further include a filter 275 disposed between the cyclone 270 and the evaporator 243 and configured to filter the vapor.

다양한 실시예들에 따르면, 상기 해수 담수화 시스템(100, 200)은, 진공 압력을 발생시켜, 상기 증발기(143, 243)로부터 상기 담수를 배출시키도록 구성되는 진공 펌프(180, 280)를 더 포함할 수 있다. According to various embodiments, the seawater desalination system 100 and 200 further includes vacuum pumps 180 and 280 configured to discharge the fresh water from the evaporators 143 and 243 by generating a vacuum pressure. can do.

다양한 실시예들에 따르면, 상기 히트 펌프(140, 240)는 응축기(141, 241)를 더 포함할 수 있다. According to various embodiments, the heat pumps 140 and 240 may further include condensers 141 and 241.

다양한 실시예들에 따르면, 상기 열 교환기(150, 250)는, 상기 응축기(141, 241)와 열 교환을 통하여, 상기 해수를 가열하도록 구성될 수 있다. According to various embodiments, the heat exchangers 150 and 250 may be configured to heat the seawater through heat exchange with the condensers 141 and 241.

도 3은 다양한 실시예들에 따른 해수 담수화 시스템(100, 200)의 동작 방법을 도시하는 도면이다. 3 is a diagram illustrating a method of operating the seawater desalination system 100 and 200 according to various embodiments.

도 3을 참조하면, 열 교환기(150, 250)가 310 동작에서 해수를 가열할 수 있다. 이 때 열 교환기(150, 250)는 입구(151, 251)로 유입되는 해수를 순환시킬 수 있다. 예를 들면, 해수조(110, 210)에 저장된 해수가 열 교환기(150, 250)의 입구(151, 251)로 유입될 수 있으며, 열 교환기(150, 250)의 출구(153, 253)로 배출되는 해수가 열 교환기(150, 250)의 입구(151, 251)로 유입될 수도 있다. 이를 통해, 열 교환기(150, 250) 히트 펌프(140, 240)의 응축기(141, 241)에서 발생되는 온열을 이용하여, 해수를 가열할 수 있다. 여기서, 열 교환기(150, 250)는 출구(153, 253)를 통하여, 해수를 배출할 수 있다. Referring to FIG. 3, the heat exchangers 150 and 250 may heat seawater in operation 310. At this time, the heat exchangers 150 and 250 may circulate seawater flowing into the inlets 151 and 251. For example, seawater stored in the seawater tanks 110 and 210 may be introduced into the inlets 151 and 251 of the heat exchangers 150 and 250, and into the outlets 153 and 253 of the heat exchangers 150 and 250. The discharged seawater may be introduced into the inlets 151 and 251 of the heat exchangers 150 and 250. Through this, seawater may be heated by using the heat generated by the condensers 141 and 241 of the heat exchangers 150 and 250 and the heat pumps 140 and 240. Here, the heat exchangers 150 and 250 may discharge seawater through the outlets 153 and 253.

믹싱 밸브(160, 260)가 320 동작에서 해수의 온도와 정해진 온도를 비교할 수 있다. 여기서, 믹싱 밸브(160, 260)는 열 교환기(150, 250)의 출구(153, 253)와 열 교환기(150, 250)의 입구(151, 251) 및 사이클론(170, 270)에 연결될 수 있다. 이 때 믹싱 밸브(160, 260)는 열 교환기(150, 250)의 출구(153, 253)로부터 해수를 검출할 수 있다. 그리고 믹싱 밸브(160, 260)는, 해수의 온도가 정해진 온도 이상인지의 여부를 판단할 수 있다. 예를 들면, 정해진 온도는 70 ℃ 또는 80 ℃일 수 있다.The mixing valves 160 and 260 may compare the temperature of seawater and a predetermined temperature in operation 320. Here, the mixing valves 160 and 260 may be connected to the outlets 153 and 253 of the heat exchangers 150 and 250, the inlets 151 and 251 of the heat exchangers 150 and 250, and the cyclones 170 and 270. . In this case, the mixing valves 160 and 260 may detect seawater from the outlets 153 and 253 of the heat exchangers 150 and 250. In addition, the mixing valves 160 and 260 may determine whether the temperature of seawater is equal to or higher than a predetermined temperature. For example, the predetermined temperature may be 70 °C or 80 °C.

320 동작에서 해수의 온도가 정해진 온도 미만이면, 믹싱 밸브(160, 260)가 325 동작에서 열 교환기(150, 250)로 해수를 순환시킬 수 있다. 이 때 믹싱 밸브(160, 260)는 해수를 열 교환기(150, 250)의 입구(151, 251)로 순환시킬 수 있다. 이를 위해, 믹싱 밸브(160, 260)가 열 교환기(150, 250)의 출구(153, 253)를 열 교환기(150, 250)의 입구(151, 251)로 연결할 수 있다. 이 후 310 동작 및 320 동작이 반복하여 수행될 수 있다. 즉 해수의 온도가 정해진 온도에 도달할 때까지, 믹싱 밸브(160, 260)가 열 교환기(150, 250)로 해수를 순환시킬 수 있다. 이를 통해, 단시간에, 해수의 온도가 정해진 온도에 도달할 수 있다.When the temperature of the seawater in operation 320 is less than the predetermined temperature, the mixing valves 160 and 260 may circulate the seawater to the heat exchangers 150 and 250 in operation 325. In this case, the mixing valves 160 and 260 may circulate seawater to the inlets 151 and 251 of the heat exchangers 150 and 250. To this end, the mixing valves 160 and 260 may connect the outlets 153 and 253 of the heat exchangers 150 and 250 to the inlets 151 and 251 of the heat exchangers 150 and 250. After that, operations 310 and 320 may be repeatedly performed. That is, the mixing valves 160 and 260 may circulate the seawater through the heat exchangers 150 and 250 until the seawater temperature reaches a predetermined temperature. Through this, in a short time, the temperature of seawater can reach a predetermined temperature.

320 동작에서 해수의 온도가 정해진 온도 이상이면, 믹싱 밸브(160, 260)가 330 동작에서 사이클론(170, 270)으로 해수를 유입시킬 수 있다. 이를 위해, 믹싱 밸브(160, 260)가 열 교환기(150, 250)의 출구(153, 253)를 사이클론(170, 270)으로 연결할 수 있다. 즉 해수의 온도가 정해진 온도에 도달하면, 믹싱 밸브(160, 260)가 해수를 사이클론(170, 270)으로 유입시킬 수 있다. When the temperature of the seawater in operation 320 is equal to or higher than the predetermined temperature, the mixing valves 160 and 260 may introduce seawater into the cyclones 170 and 270 in operation 330. To this end, the mixing valves 160 and 260 may connect the outlets 153 and 253 of the heat exchangers 150 and 250 to the cyclones 170 and 270. That is, when the temperature of seawater reaches a predetermined temperature, the mixing valves 160 and 260 may introduce seawater to the cyclones 170 and 270.

사이클론(170, 270)이 340 동작에서 해수의 증기로부터, 불순물을 분리시킬 수 있다. 이 때 사이클론(170, 270)의 내부는 진공 펌프(180, 280)에 의해 진공압 상태로 유지될 수 있다. 이를 통해, 믹싱 밸브(160, 260)를 통해 가열된 해수가 사이클론(170, 270)으로 유입되면서, 진공압으로 인해 증발이 되며, 사이클론(170, 270)이 해수의 불순물을 제거할 수 있다. 예를 들면, 사이클론(170, 270)은 해수의 증기에 강력한 선회 흐름을 발생시켜, 원심력을 통해 증기와 불순물을 분리할 수 있다. 예를 들면, 불순물은 염분을 포함할 수 있다. 이를 통해, 사이클론(170, 270)이 히트 펌프(140, 240)의 증발기(143, 243)로 증기를 유입시킬 수 있다. The cyclones 170 and 270 may separate impurities from the seawater vapor in operation 340. In this case, the inside of the cyclones 170 and 270 may be maintained in a vacuum state by the vacuum pumps 180 and 280. Through this, the seawater heated through the mixing valves 160 and 260 flows into the cyclones 170 and 270, evaporates due to vacuum pressure, and the cyclones 170 and 270 can remove impurities in the seawater. For example, the cyclones 170 and 270 may generate a strong swirling flow in the steam of seawater, and thus separate the steam and impurities through centrifugal force. For example, impurities may include salt. Through this, the cyclones 170 and 270 may introduce steam into the evaporators 143 and 243 of the heat pumps 140 and 240.

일 실시예에 따르면, 필터(275)가 사이클론(270)가 히트 펌프(240)의 증발기(243) 사이에서 사이클론(270)으로부터 배출되는 증기를 필터링할 수 있다. 이 때 사이클론(270)에서 해수의 불순물 중 적어도 일부가 제거되고, 필터(275)가 해수의 불순물 중 나머지를 제거할 수 있다. 이를 통해, 필터(275)가 히트 펌프(240)의 증발기(243)로 증기를 유입시킬 수 있다. According to an embodiment, the filter 275 may filter the vapor discharged from the cyclone 270 between the evaporators 243 of the cyclone 270 and the heat pump 240. At this time, at least some of the impurities of seawater are removed from the cyclone 270, and the filter 275 may remove the rest of the impurities of the seawater. Through this, the filter 275 may introduce steam into the evaporator 243 of the heat pump 240.

히트 펌프(140, 240)의 증발기(143, 243)가 350 동작에서 증기로부터 담수를 회수할 수 있다. 이 때 증발기(143, 243)는 냉매를 증발시키면서 저온의 냉열을 발생시킬 수 있다. 그리고 증발기(143, 243)는 증발기(143, 243)의 냉열을 이용하여, 증발기(143, 243)로 유입되는 증기로부터 담수를 회수할 수 있다. 또한 히트 펌프(140, 240)의 외부에서 진공 펌프(180, 280)가 진공 압력을 발생시킴에 따라 해수의 증발을 용이하게 하고 해수 증기를 증발기(143, 243)쪽으로 유도하여 증발기(143, 243)와의 열교환을 통해 냉각 응축되어 담수가 생성될 수 있도록 하며 생성된 담수는 담수조(190, 290)에 저장될 수 있다. The evaporators 143 and 243 of the heat pumps 140 and 240 may recover fresh water from the steam in operation 350. In this case, the evaporators 143 and 243 may generate low temperature cold heat while evaporating the refrigerant. In addition, the evaporators 143 and 243 may recover fresh water from the steam flowing into the evaporators 143 and 243 by using the cold heat of the evaporators 143 and 243. In addition, as the vacuum pumps 180 and 280 generate vacuum pressure from the outside of the heat pumps 140 and 240, the evaporation of seawater is facilitated and the seawater vapor is guided toward the evaporators 143 and 243, and the evaporators 143 and 243 ) To be cooled and condensed through heat exchange with each other to generate fresh water, and the generated fresh water may be stored in the fresh water tanks 190 and 290.

다양한 실시예들에 따른 해수 담수화 시스템(100, 200)의 동작 방법은, 열 교환기(150, 250)가 해수를 가열하는 동작, 진공 펌프(180, 280)에 의해 진공압으로 가열된 해수가 쉽게 증발하는 동작, 사이클론(170, 270)이 상기 해수 증기로부터 불순물을 제거하는 동작, 및 히트 펌프(140, 240)의 증발기(143, 243)가 상기 증기로부터 담수를 회수하는 동작을 포함할 수 있다. The operation method of the seawater desalination system 100 and 200 according to various embodiments includes an operation of heating seawater by the heat exchangers 150 and 250, and seawater heated by vacuum pressure by the vacuum pumps 180 and 280 easily. An operation of evaporating, an operation of removing impurities from the seawater vapor by the cyclones 170 and 270, and an operation of recovering fresh water from the vapor by the evaporators 143 and 243 of the heat pumps 140 and 240 may be included. .

다양한 실시예들에 따르면, 믹싱 밸브(160, 260)가 상기 열 교환기(150, 250)와 사이클론(170, 270) 사이에 배치되고, 상기 열 교환기(150, 250)의 출구(153, 253)와 입구(151, 251) 및 상기 사이클론(170, 270)에 연결될 수 있다. According to various embodiments, mixing valves 160 and 260 are disposed between the heat exchangers 150 and 250 and the cyclones 170 and 270, and outlets 153 and 253 of the heat exchangers 150 and 250 It may be connected to the inlet (151, 251) and the cyclone (170, 270).

다양한 실시예들에 따르면, 상기 방법은, 상기 믹싱 밸브(160, 260)가 상기 열 교환기(150, 250)의 상기 출구(153, 253)로부터 상기 해수를 검출하는 동작, 및 상기 해수의 온도가 정해진 온도 미만이면, 상기 믹싱 밸브(160, 260)가 상기 해수를 상기 열 교환기(150, 250)의 상기 입구(151, 251)로 순환시키는 동작 또는 상기 해수의 온도가 상기 정해진 온도 이상이면, 상기 믹싱 밸브(160, 260)가 상기 해수를 상기 사이클론(170, 270)으로 유입시키는 동작 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. According to various embodiments, the method includes an operation in which the mixing valve 160 and 260 detects the seawater from the outlets 153 and 253 of the heat exchanger 150 and 250, and the temperature of the seawater is If the temperature is less than the predetermined temperature, the mixing valve (160, 260) circulates the seawater to the inlet (151, 251) of the heat exchanger (150, 250), or if the temperature of the seawater is higher than the predetermined temperature, the The mixing valves 160 and 260 may further include at least one of an operation of introducing the seawater into the cyclones 170 and 270.

일 실시예에 따르면, 상기 방법은, 필터(275)가 상기 사이클론(270)과 증발기(243) 사이에서, 상기 증기를 필터링하는 동작을 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method may further include an operation of filtering the vapor between the cyclone 270 and the evaporator 243 by the filter 275.

다양한 실시예들에 따르면, 해수 담수화 시스템(100, 200)에서 진공압을 형성함으로 인해 해수의 증발 온도를 정해진 온도로 낮출 수 있으며, 히트 펌프의 높은 효율을 통해 해수를 증발시키는 데 필요한 에너지가 절약될 수 있다. 아울러, 열 교환기(150, 250)가 히트 펌프(140, 240)와 함께 동작하여, 해수를 가열함에 따라, 해수로 인하여 히트 펌프(140, 240)에 스케일이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이 때 해수가 증발하여 증기 상태로 사이클론(170, 270)을 통과하면서, 사이클론(170, 270)이 높은 원심력에 의해 효과적으로 잔류 염류 등의 불순물을 분리시킬 수 있다. 그리고 믹싱 밸브(160, 260)가, 정해진 온도에 도달할 때까지 해수를 열 교환기(150, 250)에서 순환시킴으로써, 해수가 단시간에 가열될 수 있다. According to various embodiments, the evaporation temperature of seawater can be reduced to a predetermined temperature by forming a vacuum pressure in the seawater desalination system 100, 200, and energy required to evaporate seawater is saved through high efficiency of the heat pump. Can be. In addition, as the heat exchangers 150 and 250 operate together with the heat pumps 140 and 240 to heat seawater, it is possible to prevent scale from being generated in the heat pumps 140 and 240 due to seawater. At this time, while seawater evaporates and passes through the cyclones 170 and 270 in a vapor state, the cyclones 170 and 270 can effectively separate impurities such as residual salts by high centrifugal force. In addition, the mixing valves 160 and 260 circulate the seawater in the heat exchangers 150 and 250 until a predetermined temperature is reached, so that seawater can be heated in a short time.

본 문서의 다양한 실시예들에 관해 설명되었으나, 본 문서의 다양한 실시예들의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 문서의 다양한 실시예들의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위 뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Although various embodiments of the present document have been described, various modifications are possible without departing from the scope of the various embodiments of the present document. Therefore, the scope of various embodiments of the present document should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the scope of the claims described below, but also by the scope and equivalents of the claims.

Claims (10)

해수 담수화 시스템에 있어서,
해수를 가열하도록 구성되는 열 교환기;
상기 해수의 증기에서 불순물을 제거하도록 구성되는 사이클론; 및
상기 증기로부터 담수를 회수하도록 구성되는 증발기를 포함하는 히트 펌프를 포함하는 해수 담수화 시스템.
In the seawater desalination system,
A heat exchanger configured to heat seawater;
A cyclone configured to remove impurities from the steam of the seawater; And
A seawater desalination system comprising a heat pump including an evaporator configured to recover fresh water from the vapor.
제 1 항에 있어서,
상기 열 교환기와 사이클론 사이에 배치되고, 상기 열 교환기의 출구와 입구 및 상기 사이클론에 연결되는 믹싱 밸브를 더 포함하는 해수 담수화 시스템.
The method of claim 1,
The seawater desalination system further comprises a mixing valve disposed between the heat exchanger and the cyclone and connected to the outlet and the inlet of the heat exchanger and the cyclone.
제 2 항에 있어서, 상기 믹싱 밸브는,
상기 열 교환기의 상기 출구로부터 상기 해수를 검출하고,
상기 해수의 온도가 정해진 온도 미만이면, 상기 해수를 상기 열 교환기의 상기 입구로 순환시키고,
상기 해수의 온도가 상기 정해진 온도 이상이면, 상기 해수를 상기 사이클론으로 유입시키도록 구성되는 해수 담수화 시스템.
The method of claim 2, wherein the mixing valve,
Detecting the seawater from the outlet of the heat exchanger,
When the temperature of the seawater is less than a predetermined temperature, the seawater is circulated to the inlet of the heat exchanger,
When the temperature of the seawater is higher than the predetermined temperature, the seawater desalination system is configured to introduce the seawater into the cyclone.
제 1 항에 있어서,
상기 사이클론과 증발기 사이에 배치되며, 상기 증기를 필터링하도록 구성되는 필터를 더 포함하는 해수 담수화 시스템.
The method of claim 1,
The seawater desalination system further comprises a filter disposed between the cyclone and the evaporator and configured to filter the vapor.
제 1 항에 있어서
진공 압력을 발생시켜 상기 해수의 증발을 용이하게 하며, 상기 증발기로부터 상기 담수를 생성할 수 있도록 구성되는 진공 펌프를 더 포함하는 해수 담수화 시스템.
The method of claim 1
Seawater desalination system further comprising a vacuum pump configured to generate a vacuum pressure to facilitate evaporation of the seawater and to generate the fresh water from the evaporator.
제 1 항에 있어서,
상기 히트 펌프는 응축기를 더 포함하고,
상기 열 교환기는,
상기 응축기와 열 교환을 통하여, 상기 해수를 가열하도록 구성되는 해수 담수화 시스템.
The method of claim 1,
The heat pump further comprises a condenser,
The heat exchanger,
Seawater desalination system configured to heat the seawater through heat exchange with the condenser.
해수 담수화 시스템의 동작 방법에 있어서,
열 교환기가 해수를 가열하는 동작;
사이클론이 상기 해수의 증기로부터, 불순물을 제거하는 동작; 및
히트 펌프의 증발기가 상기 증기로부터 담수를 회수하는 동작을 포함하는 방법.
In the operation method of the seawater desalination system,
Heat exchanger heating seawater;
A cyclone removing impurities from the steam of the seawater; And
And recovering fresh water from the vapor by the evaporator of the heat pump.
제 7 항에 있어서,
믹싱 밸브가 상기 열 교환기와 사이클론 사이에 배치되고, 상기 열 교환기의 출구와 입구 및 상기 사이클론에 연결되는 방법.
The method of claim 7,
A method wherein a mixing valve is disposed between the heat exchanger and the cyclone, and is connected to the outlet and inlet of the heat exchanger and to the cyclone.
제 8 항에 있어서,
상기 믹싱 밸브가 상기 열 교환기의 상기 출구로부터 상기 해수를 검출하는 동작; 및
상기 해수의 온도가 정해진 온도 미만이면, 상기 믹싱 밸브가 상기 해수를 상기 열 교환기의 상기 입구로 순환시키는 동작; 또는
상기 해수의 온도가 상기 정해진 온도 이상이면, 상기 믹싱 밸브가 상기 해수를 상기 사이클론으로 유입시키는 동작 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 방법.
The method of claim 8,
Detecting the seawater from the outlet of the heat exchanger by the mixing valve; And
When the temperature of the seawater is less than a predetermined temperature, the mixing valve circulates the seawater to the inlet of the heat exchanger; or
When the temperature of the seawater is equal to or higher than the predetermined temperature, the method further comprising at least one of an operation of introducing the seawater into the cyclone by the mixing valve.
제 7 항에 있어서,
필터가 상기 사이클론과 증발기 사이에서, 상기 증기를 필터링하는 동작을 더 포함하는 방법. The method of claim 7,
And a filter filtering the vapor between the cyclone and the evaporator.
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