KR101177812B1 - 해상 구조물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해상 구조물에 관한 것으로, 해저의 열수광상으로부터 뽑아 올린 광물이 포함된 열수를 냉각하여 광물을 분리하는 광물 분리부와, 열수를 냉각하기 위한 물이 흐르며, 광물 분리부를 통과하는 제 1 유로와, 광물 분리부를 통과하기 전의 제 1 유로로부터 분기되고, 선택적으로 냉동기를 통과하며, 공기를 냉각 또는 가열하는 공기 조화기를 통과하는 제 2 유로와, 광물 분리부를 통과한 후의 제 1 유로와 제 2 유로의 교차점에 제공되며, 제 1 유로를 흐르는 물과 제 2 유로를 흐르는 물을 열교환시키는 열교환기를 포함하는 해상 구조물을 제공할 수 있다.
Description
본 발명의 실시예는 해상 구조물에 관한 것이다.
해상 구조물은 고정식과 부유식으로 나눌 수 있다.
고정식 해상 구조물은, 해저면에 직접 또는 간접적으로 고정되는 지지각과, 지지각에 의해 지지되는 장비 데크로 구성될 수 있다. 고정식 해상 구조물은 안정적인 반면에, 약 150m 이하의 비교적 얕은 수심에서 사용될 수 있다.
부유식 해상 구조물은, 약 152m 이상의 비교적 깊은 수심에서 사용되며, 해저면에 고정된 계류 라인 또는 구조물에 설치된 동력 트러스터에 의하여 유정지(well site) 상부에서 위치가 고정될 수 있다. 이러한 부유식 해상 구조물은 고정식 해상 구조물에 비해 더 깊은 수심에 설치될 수 있으며, 이동 가능하여 다른 유정지로 이동하기 쉽다는 장점이 있다.
이러한 부유식 해상 구조물은, 시추선(drill ship), 반잠수형 플랫폼(semi-submersible), 스파형 플랫폼, 텐션 레그형 플랫폼(tension-leg platform) 등일 수 있다.
한편, 열수광상(hydrothermal ore deposit)은 광물을 많이 함유하고 있는 뜨거운 물(열수 용액)에서 고체가 유리되어 생성되는 금속 광물의 농집체를 의미한다. 해저에서 발견되고 있는 열수광상은 대체적으로 금, 은, 구리, 아연 등 금속들의 품위가 매우 높고 매장량이 막대한 것으로 보고되고 있는 바, 이의 개발 및 채취에 대한 관심이 높아지고 있다.
이러한 열수광상으로부터 광물 채취를 위해 부유식 해상 구조물이 이용될 수 있다.
도 1은 열수광상으로부터 광물을 채취하는 종래의 부유식 구조물을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 부유식 구조물에는 갑판(10), 상기 갑판(10)을 지지하는 칼럼(20), 상기 칼럼(20)을 연결하는 폰툰(30), 상기 갑판(10)의 일측에 제공되며 해저의 열수광상으로부터 열수를 포집하기 위한 포집 장치(40)가 포함될 수 있다. 상기 포집 장치(40)는 해저 열수층까지 연장되는 포집 배관을 통해 해저 열수를 포집하고, 포집된 해저 열수를 냉각(①)하며, 냉각된 해저 열수에서 광물을 침전(②)시키고, 침전 광물(41)을 제외한 해수를 다시 외부로 배출(③)시킬 수 있다.
또한, 상기 부유식 구조물에는 거주구역, 기계실 등 사람이 생활하거나 작업하기 위한 공간이 포함될 수 있으며, 이러한 공간의 냉방 및 난방을 위한 공기 조화 시스템은 별도로 제공된 냉동 장치 또는 가열 장치를 사용하고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제가 있다.
상기 포집 장치(40)에서 광물이 포함된 열수의 냉각에 사용되는 냉각수의 폐열이 낭비된다는 문제가 있다.
또한, 상기 공기 조화 시스템의 구동에 사용되는 에너지 소비가 크다는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들에서는 열수광상으로부터 광물 채취 시 발생되는 폐열을 활용할 수 있는 해상 구조물을 제공하고자 한다.
또한, 소비 에너지를 줄일 수 있는 해상 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해저의 열수광상으로부터 뽑아 올린 광물이 포함된 열수를 냉각하여 상기 광물을 분리하는 광물 분리부; 상기 열수를 냉각하기 위한 물이 흐르며, 상기 광물 분리부를 통과하는 제 1 유로; 상기 광물 분리부를 통과하기 전의 상기 제 1 유로로부터 분기되고, 선택적으로 냉동기를 통과하며, 공기를 냉각 또는 가열하는 공기 조화기를 통과하는 제 2 유로; 및 상기 광물 분리부를 통과한 후의 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로의 교차점에 제공되며, 상기 제 1 유로를 흐르는 물과 상기 제 2 유로를 흐르는 물을 열교환시키는 열교환기를 포함하는 해상 구조물을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 열수의 냉각에 사용된 물에 포함된 폐열을 해상 구조물의 공기 조화에 이용함으로써, 에너지 소비를 줄일 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 열수광상으로부터 광물을 채취하는 종래의 부유식 구조물을 개략적으로 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 해상 구조물의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 해상 구조물의 구성을 보여주는 도면.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 해상 구조물의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해상 구조물은 물에 뜬 상태를 유지할 수 있는 본체(미도시), 상기 본체로부터 해저의 열수광상(200)까지 연결되는 포집 배관(311), 상기 본체에 설치되며 상기 열수광상(200)으로부터 상기 포집 배관(311)을 통해 뽑아 올린 열수에서 광물을 분리하는 광물 분리부(310), 열수를 냉각하기 위한 물이 흐르며 상기 광물 분리부(310)를 통과하는 제 1 유로(410), 상기 광물 분리부(310)를 통과하기 전의 상기 제 1 유로(410)로부터 분기되어 주거구역(미도시) 등 냉/난방된 공기의 공급이 필요한 공간으로 공기를 공급하는 공기 조화기(330)를 통과하는 제 2 유로(420), 상기 제 1 유로(410)와 상기 제 2 유로(420)의 교차점에 제공되는 열교환기(320), 및 상기 제 2 유로(420)에 배치되며 상기 공기 조화기(330)로 공급되는 물이 선택적으로 통과하는 냉동기(360)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 해상 구조물(100)은 상기 제 1 유로(410) 및 상기 제 2 유로(420)로 공급되기 위한 물을 저장하는 물탱크(350), 및 상기 제 1 유로(410)에 배치되며 상기 열교환기(320)를 통과한 스팀을 응축시키는 응축기(340)를 더 포함할 수 있다.
상기 본체는 도 1에 도시된 것과 같이 갑판, 칼럼, 폰툰 등으로 구성될 수 있으며, 물에 떠 있는 상태를 유지할 수 있는 임의의 구조물일 수 있다. 또한, 상기 본체는 앵커 등으로 해저면에 고정되어 상기 열수광상(200)의 상부에 위치될 수 있으며, 추진기가 장착되어 다른 열수광상으로 이동할 수 있도록 제공될 수 있다.
상기 제 1 유로(410)는 열수의 냉각을 위한 물이 흐르는 유로로서, 상기 물탱크(350)로부터 물을 공급받아 상기 광물 분리부(310), 상기 열교환기(320), 및 응축기(340)를 통과할 수 있다. 상기 제 1 유로(410) 상에는 물을 순환시키기 위한 펌프(미도시)가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제 2 유로(420)는 공기 조화를 위한 열 매개 유체로서 사용될 물이 흐르는 유로로서, 상기 물탱크(350)와 상기 광물 분리부(310)를 연결하는 상기 제 1 유로(410)로부터 분기되어 상기 열교환기(320) 및 상기 공기 조화기(330)를 통과할 수 있다. 또한, 상기 제 2 유로(420)의 일부는 상기 냉동기(360)를 통과할 수 있도록 형성될 수도 있다.
상기 광물 분리부(310)는 상기 본체로부터 해저의 상기 열수광상(200)까지 연장되는 포집 배관(311)을 통해 광물이 녹아있는 열수를 포집한다. 그리고, 포집된 열수에 상기 제 1 유로(410)를 통과시켜, 상기 제 1 유로(410)를 흐르는 물 사이에 열전달이 일어나도록 한다. 열수는 상기 제 1 유로(410)를 흐르는 물에 열을 빼앗겨 냉각되고, 이 때, 열수에 녹아 있던 광물이 응고되어 침전될 수 있다. 그리고, 침전된 광물을 분리 배출함으로써, 광물을 얻을 수 있다.
상기 제 1 유로(410)를 흐르는 물은 열수로부터 열을 흡수하여 증기로 상변화 할 수 있다. 즉, 상기 광물 분리부(310)를 통과한 후의 상기 제 1 유로(410)에는 스팀이 흐르게 된다.
상기 열교환기(320)는 상기 제 1 유로(410)와 상기 제 2 유로(420)의 교차 지점에 제공되며, 상기 제 1 유로(410)를 통해 공급되는 스팀과 상기 제 2 유로(420)를 흐르는 물을 열교환한다. 상기 제 2 유로(420)는 상기 물탱크(350)로부터 상기 광물 분리부(310)로 연결되는 상기 제 1 유로(410) 상에서 분기되는 것이므로 스팀보다 온도가 낮은 물이 흐르는 바, 상기 열교환기(320)에서 상기 제 1 유로(410)를 흐르는 스팀은 열을 빼앗겨 온도가 낮아지고, 상기 제 2 유로(420)를 흐르는 물은 열을 흡수해 온도가 높아진다. 상기 열교환기(320)는 상기 제 1 유로(410) 및 상기 제 2 유로(420) 중 어느 하나가 다른 하나를 통과하는 형태로 구성되어 전도에 의해 열전달이 이뤄지도록 형성될 수 있다.
상기 열교환기(320)에서 온도가 낮아진 스팀은 상기 제 1 유로(410)를 통해 상기 응축기(340)로 이동되고, 상기 응축기(340)에서 응축된 후 상기 물탱크(350)로 복귀할 수 있다. 또한, 상기 열교환기(320)에서 온도가 높아진 물은 상기 제 2 유로(420)를 통해 상기 공기 조화기(330) 또는 상기 냉동기(360)로 이동될 수 있다.
상기 열교환기(320)를 통과한 상기 제 2 유로(420)는 선택적으로 상기 냉동기(360)를 통과하여 상기 공기 조화기(330)로 연결되도록 구성된다. 상세히, 상기 열교환기(320)로부터 연장되는 상기 제 2 유로(420)에는 상기 열교환기(320)를 통과한 물이 상기 냉동기(360)를 선택적으로 통과할 수 있도록 밸브(421)가 제공될 수 있다. 상기 밸브(421)는 3 방향 밸브일 수 있으며, 상기 열교환기(320)로부터 공급되는 물의 일부 또는 전체가 상기 냉동기(360)로 유입되도록 조절될 수 있다.
예를 들면, 상기 공기 조화기(330)에서 온도가 낮은 찬 공기를 생성해야 하는 경우 상기 밸브(421)는 상기 열교환기(320)로부터 공급되는 물이 상기 냉동기(360)로 공급되도록 조절될 수 있고, 온도가 높은 따뜻한 공기를 생성해야 하는 경우 상기 밸브(421)는 상기 열교환기(320)로부터 공급되는 물이 상기 냉동기(360)를 통과하지 않고 바로 상기 공기 조화기(330)로 공급되도록 조절될 수 있다.
여기서, 상기 냉동기(360)는 일반적인 냉동 사이클의 구성이 구비된 냉동기일 수 있으며, 흡수식 냉동 사이클의 구성이 구비된 흡수식 냉동기일 수 있다. 상기 냉동기(360)로 흡수식 냉동기가 제공되는 경우를 예로 들면, 증발기(evaparator), 흡수기(absorber), 용액 열교환기(solution heating exchange), 재생기(generator), 응축기(condencer) 등을 포함할 수 있으며, 상기 제 2 유로(420)는 상기 증발기를 통과하며 냉각되도록 구성될 수 있다.
이 때, 상기 흡수기에서는 흡수제로서 LiBr이 사용될 수 있다.
그리고, 상기 공기 조화기(330)는 외기 또는 실내 공기를 흡입하여 상기 제 2 유로(420)를 통과하는 물과 열교환 시킴으로써 냉각 또는 가열하고, 이를 거주 공간 등 공기 조화가 필요한 공간으로 배출할 수 있다.
상세히, 냉방이 필요한 경우, 상기 공기 조화기(330)로 연결되는 상기 제 2 유로(420)에는 상기 냉동기(360)를 통과하며 온도가 낮아진 물이 공급되고, 난방이 필요한 경우, 상기 열교환기(320)를 통과하며 온도가 높아진 물이 그대로 공급될 수 있다.
상기 공기 조화기(330)에서 공기의 냉각 또는 가열에 사용된 물은 상기 제 2 유로(420)를 통해 상기 물탱크(350)로 복귀됨으로써 순환할 수 있다. 상기 냉동기(360)로부터 공급되는 물은 상기 공기 조화기(330)를 통과하며 공기로부터 열을 흡수하여 온도가 높아지고, 상기 열교환기(320)로부터 공급되는 물은 공기로 열을 빼앗겨 온도가 낮아지는 바, 상기 물탱크(350)로 복귀되는 물의 온도는 일정 범위 내로 유지될 수 있다.
이때, 상기 물탱크(350)에 저장되어 상기 제 1 유로(410) 및 상기 제 2 유로(420)를 순환하는 물은 청수 또는 해수일 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 상기 냉동기(360)로 상기 열교환기(320)를 통과하여 온도가 높아진 물이 공급되고, 상기 냉동기(360)로는 흡수식 냉동기가 제공되는 것을 예로 들었으나, 이는 일 예에 불과하며, 상기 제 2 유로(420)는 선택적으로 상기 열교환기(320)를 바이패스(bypass, 420')할 수 있도록 구성되어 상기 냉동기(360)로 상기 제 1 유로(410)에서 분기되는 물이 바로 공급되고, 상기 냉동기(360)로는 일반적인 냉동 사이클로 구성된 냉동기가 제공될 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 해상 구조물(100)에 의하면, 상기 열수광상(200)으로부터 포집한 열수를 냉각하는데 사용된 물에 포함된 폐열을 상기 해상 구조물(100)의 공기 조화의 열원으로서 사용할 수 있으므로, 상기 해상 구조물(100)의 에너지 소비를 줄일 수 있다.
이상 본 발명의 실시 예에 따른 해상 구조물의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
100 : 해상 구조물 200 : 열수광상
300 : 공기 조화 시스템 310 : 광물 분리부
311 : 포집 배관 320 : 열 교환기
330 : 공기 조화기 340 : 응축기
350 : 물탱크 360 : 냉동기
410 : 제 1 유로 420 : 제 2 유로
421 : 밸브
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410 : 제 1 유로 420 : 제 2 유로
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Claims (5)
- 해저의 열수광상으로부터 뽑아 올린 광물이 포함된 열수를 냉각하여 상기 광물을 분리하는 광물 분리부;
상기 열수를 냉각하기 위한 물이 흐르며, 상기 광물 분리부를 통과하는 제 1 유로;
상기 광물 분리부를 통과하기 전의 상기 제 1 유로로부터 분기되고, 선택적으로 냉동기를 통과하며, 공기를 냉각 또는 가열하는 공기 조화기를 통과하는 제 2 유로; 및
상기 광물 분리부를 통과한 후의 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로의 교차점에 제공되며, 상기 제 1 유로를 흐르는 물과 상기 제 2 유로를 흐르는 물을 열교환시키는 열교환기를 포함하는
해상 구조물. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 교환기를 통과한 후의 상기 제 1 유로 상에 마련되며, 상기 열 교환기를 통과하여 온도가 낮아진 스팀을 응축시키는 응축기를 더 포함하는
해상 구조물. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 유로 및 제 2 유로는 물탱크에 연결되어 순환되는 것을 특징으로 하는 해상 구조물. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉동기는 흡수식 냉동기인 해상 구조물. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 유로는 상기 열교환기를 바이패스할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 해상 구조물.
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|---|---|---|---|---|
| JP2005213824A (ja) | 2004-01-28 | 2005-08-11 | Univ Akita | メタンハイドレート堆積層からの天然ガス生産設備と発電設備を具備する統合設備 |
| US20090013690A1 (en) | 2007-07-13 | 2009-01-15 | Bruce Marshall | Hydrothermal energy and deep sea resource recovery system |
-
2010
- 2010-07-16 KR KR1020100068992A patent/KR101177812B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005213824A (ja) | 2004-01-28 | 2005-08-11 | Univ Akita | メタンハイドレート堆積層からの天然ガス生産設備と発電設備を具備する統合設備 |
| US20090013690A1 (en) | 2007-07-13 | 2009-01-15 | Bruce Marshall | Hydrothermal energy and deep sea resource recovery system |
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| Publication number | Publication date |
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| KR20120008248A (ko) | 2012-01-30 |
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