KR102058758B1

KR102058758B1 - 조수 장치

Info

Publication number: KR102058758B1
Application number: KR1020140023926A
Authority: KR
Inventors: 도루 오리타; 노부타카 도모다; 노리유키 시마다
Original assignee: 가부시키가이샤 사사꾸라
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2019-12-23
Also published as: KR20140110743A; JP2014171962A; CN104030378A; CN107522244B; TW201819309A; TWI639558B; CN107522244A; TW201441098A

Abstract

내연 기관을 냉각하는 냉각수에 의해 해수를 가열하고 대기압 미만으로 감압하여 수증기를 생성하는 열교환기와, 이 열교환기에서 발생한 증기를 냉각하여 증류수를 생성하는 응축기를 구비하는 조수 장치로서, 상기 열교환기의 상류측과 하류측을 접속하는 바이패스 경로를 구비하고, 상기 바이패스 경로를 통해 상기 열교환기의 하류측의 상기 냉각수를 상기 상류측의 냉각수에 복귀시킨다.

Description

조수 장치{FRESH WATER GENERATOR}

본 발명은 조수 장치 및 조수 방법에 관한 것이다.

종래, 선박에 탑재한 디젤 기관 등의 내연 기관을 냉각하기 위한, 예컨대, 80℃ 정도의 재킷 냉각수를 열원으로 한 조수 장치에서는, 내연 기관의 재킷 냉각수의 순환 경로 중에, 대기압 미만으로 감압한 간접식의 열교환기를 마련하여, 바다로부터 퍼올린 해수를, 상기 열교환기에 있어서, 상기 내연 기관에 대한 재킷 냉각수를 열원으로 하여 가열하고, 수증기를 발생시킨 후, 기액 분리하여, 기액 분리 후의 수증기를 응축함으로써, 담수를 제조하도록 하고 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본 특허 제3923820호 공보

최근, 선박에서는, 연비의 향상을 도모하는 것에 따라, 내연 기관을 냉각하는 재킷 냉각수의 온도가 높게, 예컨대, 90℃ 이상으로 되어 가고 있으며, 해수가 흐르는 열교환기에, 해수의 증발에 의해 석출되는 염 및 스케일(scale)이 다량으로 부착되고, 전열 계수의 저하에 따른 조수량의 감소를 피할 수 없을 뿐만 아니라, 상기 염 및 스케일을 제거하는 메인터넌스에 다대한 노동력을 필요로 한다고 하는 과제가 있다.

본 발명은, 전술한 바와 같이 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 열원으로 하는 냉각수가 고온이어도, 염 및 스케일의 발생을 억제하여 안정된 증류를 행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 다음과 같이 구성하고 있다.

(1) 본 발명의 조수 장치는, 내연 기관을 냉각하는 냉각수에 의해 해수를 가열하고 대기압 미만으로 감압하여 수증기를 생성하는 열교환기와, 이 열교환기에서 발생한 증기를 냉각하여 증류수를 생성하는 응축기를 구비하는 조수 장치로서,

상기 열교환기의 상류측과 하류측을 접속하는 바이패스 경로를 구비하며, 상기 바이패스 경로를 통해, 상기 열교환기의 하류측의 상기 냉각수를 상기 상류측의 냉각수에 복귀시키는 것이다.

본 발명에 따르면, 열교환기의 상류측과 하류측을 접속하는 바이패스 경로를 구비하고, 상기 바이패스 경로를 통해 열교환기에서 냉각된 하류측의 냉각수를 상류측의 냉각수에 복귀시키기 때문에, 열교환기의 상류측의 냉각수, 즉 열교환기에 공급되는 냉각수의 온도를 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 내연 기관으로부터 공급되는 냉각수의 온도가 고온이 되어도 열교환기에 공급하는 냉각수의 온도를 낮게 억제할 수 있기 때문에, 열교환기에서 해수가 증발하여 생기는 염 및 스케일의 발생을 억제하는 것이 가능해져, 상기 조수 장치가 안정된 운전을 장기간에 걸쳐 행하는 것이 가능해진다.

(2) 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 열교환기는 상기 냉각수가 순환하는 순환 경로에 분기 경로를 통해 접속되며, 상기 분기 경로는 상기 순환 경로의 상기 냉각수를 상기 열교환기에 공급하는 상류측의 전진 경로 및 상기 열교환기로부터의 냉각수를 상기 순환 경로에 복귀시키는 하류측의 귀환 경로를 구비하고,

상기 바이패스 경로는 상류측의 상기 전진 경로와 하류측의 상기 귀환 경로를 접속한다.

이 실시양태에 따르면, 순환 경로를 순환하는 냉각수가 분기 경로에서 분류(分流)되고, 분기 경로의 전진 경로를 통해 열교환기에 공급되며 해수와의 열교환에 의해 냉각되고, 이 냉각된 냉각수가 분기 경로의 귀환 경로를 통해 순환 경로에 복귀되는 한편, 전진 경로와 귀환 경로를 접속하는 바이패스 경로를 통해, 열교환기에서 냉각된 냉각수가 열교환기에 공급되는 냉각수에 복귀되어, 열교환기에 공급되는 냉각수의 온도를 저하시킬 수 있다.

(3) 본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 바이패스 경로에는, 상기 바이패스 경로를 흐르는 상기 하류측의 상기 냉각수의 유량을 조정하는 유량 조정 수단이 마련된다.

이 실시양태에 따르면, 바이패스 경로를 흐르는 하류측의 냉각수의 유량, 즉 열교환기에서 냉각된 후 상류측에 복귀되는 냉각수의 유량을 조정할 수 있기 때문에, 이 복귀되는 냉각수와 상류측의 냉각수가 혼합된 냉각수의 온도를 조정할 수 있다. 즉, 열교환기에 공급되는 냉각수의 온도를 조정할 수 있다.

(4) 본 발명이 바람직한 실시양태에서, 상기 열교환기의 상류측의 상기 냉각수의 온도 및 하류 전의 상기 냉각수의 온도 중 적어도 어느 한쪽의 온도를 검출하는 수온 센서와,

상기 수온 센서의 검출 온도에 기초하여 상기 유량 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한다.

이 실시양태에 따르면, 열교환기의 상류측의 열교환 전의 냉각수의 온도나 열교환기의 하류측의 열교환 후의 냉각수의 온도를 검출하고, 그것에 기초하여 바이패스 경로를 통해 상류측에 복귀시키는 하류측의 냉각수의 유량을 제어할 수 있다.

(5) 본 발명의 또 다른 실시양태에서, 상기 내연 기관은 선박의 내연 기관이며, 상기 냉각수는 상기 내연 기관을 냉각하는 재킷 냉각수이다.

이 실시양태에 따르면, 선박의 내연 기관을 냉각하는 재킷 냉각수의 온도가 고온이 되어도, 열교환기에 공급하는 냉각수의 온도를 낮게 억제할 수 있기 때문에, 열교환기에서 해수가 증발하여 생기는 염 및 스케일의 발생을 억제하는 것이 가능해져, 상기 조수 장치가 안정된 운전을 장기간에 걸쳐 행하는 것이 가능해진다.

(6) 본 발명의 조수 방법은, 내연 기관을 냉각하는 냉각수와의 열교환에 의해 해수를 가열하고 가열된 상기 해수를 감압 하에서 증발시켜 수증기를 생성하는 가열 증발 공정과,

생성된 수증기를 냉각하여 증류수를 생성하는 응축 공정을 구비하는 조수 방법으로서,

상기 가열 증발 공정은, 상기 해수와 열교환한 상기 냉각수를 열교환 전의 냉각수에 복귀시키는 공정을 포함한다.

본 발명에 따르면, 가열 증발 공정에, 해수와 열교환하여 냉각된 냉각수를 열교환 전의 냉각수에 복귀시키는 공정을 포함하고 있기 때문에, 열교환 전의 냉각수의 온도를 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 내연 기관으로부터 공급되는 냉각수의 온도가 고온이 되어도, 해수와 열교환하는 냉각수의 온도를 낮게 억제할 수 있기 때문에, 해수와 냉각수의 열교환을 행하는 열교환기에서 해수가 증발하여 생기는 염 및 스케일의 발생을 억제하는 것이 가능해져, 증류를 안정적으로 장기간에 걸쳐 행할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 열교환기의 상류측과 하류측을 접속하는 바이패스 경로를 구비하며, 상기 바이패스 경로를 통해 열교환기에서 냉각된 하류측의 냉각수를 상류측의 냉각수에 복귀시키기 때문에, 열교환기의 상류측의 냉각수, 즉 열교환기에 공급되는 냉각수의 온도를 저하시킬 수 있다. 이에 의해, 내연 기관으로부터 공급되는 냉각수의 온도가 고온이 되어도, 열교환기에 공급하는 냉각수의 온도를 낮게 억제할 수 있기 때문에, 열교환기에서 해수가 증발하여 생기는 염 및 스케일의 발생을 억제하는 것이 가능해져, 안정된 증류를 장기간에 걸쳐 행하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일실시형태의 조수 장치를 구비하는 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1의 조수 장치의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태의 조수 장치의 개략 구성도이다.

이하, 도면에 의해 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시형태의 조수 장치(1)를 구비하는 시스템(2)의 개략 구성도이다.

이 실시형태의 시스템(2)은, 선박에 탑재되는 디젤 기관 등의 내연 기관(3)과, 이 내연 기관(3)을 냉각하는 재킷 냉각수를 순환시키기 위한 순환 경로(4)와, 순환 펌프(5)를 구비하고 있다.

내연 기관(3)을 냉각하는 재킷 냉각수의 순환 경로(4)에, 제1 밸브(6)가 설치되며, 이 제1 밸브(6)를 바이패스하는 분기 경로(7)가 접속되어 있다. 이 분기 경로(7)는, 순환 경로(4)로부터의 재킷 냉각수를 조수 장치(1)에 공급하는 전진 경로(7a)와, 조수 장치(1)로부터의 냉각수를 순환 경로(4)에 복귀하는 귀환 경로(7b)를 구비하고 있다.

순환 경로(4)의 제1 밸브(6)를 조작함으로써, 조수 장치(1)로의 재킷 냉각수의 유량을 조정할 수 있다. 이 조수 장치(1)는, 분기 경로(7)를 통해 공급되는 재킷 냉각수를 열원으로 하여 해수로부터 담수를 제조하는 것이다.

도 2는 도 1의 조수 장치(1)의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

이 실시형태의 조수 장치(1)는, 원료수인 해수와 재킷 냉각수의 간접 열교환을 행하여 해수를 가열하며 대기압 미만으로 감압하여 수증기를 생성하는 열교환기(8)와, 이 열교환기(8)에서 발생한 증기를 기액 분리하는 기액 분리통(9)과, 기액 분리통(9)에서 기액 분리된 증기를 도시하지 않는 펌프에 의해 퍼올린 원료수로서의 해수에 의해 냉각하여 증류수를 생성하는 응축기(10)를 구비하고 있다.

열교환기(8)에는 순환 경로(4)로부터 분기된 전진 경로(7a)를 통해 재킷 냉각수가 공급되고, 열교환기(8)에서 열교환되어 냉각된 재킷 냉각수는 귀환 경로(7b)를 통해 순환 경로(4)에 복귀된다. 전진 경로(7a)에는 제2 밸브(13) 및 제1 역지 밸브(14)가 설치되는 한편, 귀환 경로(7b)에는 제3 밸브(15)가 설치된다.

응축기(10), 이것에 연통하는 기액 분리통(9) 및 열교환기(8)는, 응축기(10)에 접속한 진공 펌프 등의 진공 발생원(11)에 의해, 그 내부가 대기압 미만의 감압 상태로 유지된다. 기액 분리통(9)은, 내부에 데미스터(12: demister)를 구비하고 있으며, 열교환기(8)에서 재킷 냉각수와의 열교환에 의해 가열되어 증발한 수증기가 공급되어 기액 분리된다. 기액 분리통(9) 내에서 기액 분리된 후의 브라인(brine) 해수는 바다에 재차 되돌려 보낸다.

응축기(10)로부터의 해수와 전진 경로(7a)로부터의 재킷 냉각수의 열교환을 행하는 열교환기(8)는, 얇은 금속제의 열교환 플레이트의 복수매를 그 사이에 시일 부재를 끼워 적층하고, 이 적층체를, 그 양측에 배치한 면판을 볼트로 체결함으로써, 상기 각 열교환 플레이트 사이에 복수개의 가열측 간극 유로와 복수개의 피가열측 간극 유로를 교대로 형성하는, 플레이트식의 열교환기로 이루어진다. 가열측 간극 유로에 재킷 냉각수가 공급되고, 피가열측 간극 유로에 응축기(10)로부터의 해수가 공급된다.

이 실시형태의 열교환기(8)는 소형이며 경량인 플레이트식의 열교환기이며, 설치 스페이스도 작은 것이 된다.

최근, 선박의 내연 기관(3)을 냉각하기 위한 순환 경로(4)를 순환하는 재킷 냉각수의 온도가 높게, 예컨대, 90℃ 정도 이상이 되며, 순환 경로(4)로부터의 재킷 냉각수를 그대로 열교환기(8)에 도입하여 해수와 열교환시키면, 해수의 증발에 의해 석출되는 염 및 스케일이 열교환기(8)에 다량으로 부착된다. 열교환기(8)에 다량의 염 및 스케일이 부착되면, 전열 계수의 저하에 따른 조수량의 감소를 피할 수 없을 뿐만 아니라, 상기 염 및 스케일을 제거하는 메인터넌스의 빈도가 증가하여 다대한 노동력을 필요로 한다.

그래서, 이 실시형태에서는, 염 및 스케일의 부착을 억제하여 안정된 운전을 장기간에 걸쳐 행할 수 있도록, 다음과 같이 구성하고 있다.

즉, 열교환기(8)의 상류측의 전진 경로(7a)와 하류측의 귀환 경로(7b)를 접속하는 바이패스 경로(16)를 마련하고 있으며, 이 바이패스 경로(16)를 통해, 귀환 경로(7b)의 재킷 냉각수의 일부를 전진 경로(7a)의 재킷 냉각수에 복귀시키도록 하고 있다.

이 바이패스 경로(16)에는, 펌프(17)와, 전진 경로(7a)에 복귀하는 재킷 냉각수의 유량을 조정하는 제4 밸브(18)와, 제2 역지 밸브(19)가 마련된다.

이상의 구성을 갖는 조수 장치(1)에서, 도 1의 내연 기관(3)이 구동되고 순환 펌프(5)에 의해 재킷 냉각수의 순환이 개시되면, 조수 장치(1)의 전진 경로(7a)의 제2 밸브(13) 및 귀환 경로(7b)의 제3 밸브(15)가 개방되며, 순환 경로(4)의 재킷 냉각수가 열교환기(8)로 분류된다.

또한, 조수 장치(1)의 운전이 개시되며, 바이패스 경로(16)의 펌프(17)가 구동된다. 이에 의해, 열교환기(8)에 공급된 재킷 냉각수가, 응축기(10)로부터의 해수에 의해 냉각되며, 귀환 경로(7b)를 통해 순환 경로(4)에 복귀된다.

이때, 귀환 경로(7b)의 재킷 냉각수의 일부가, 바이패스 경로(16)에 공급되고, 전진 경로(7a)에 복귀된다. 이에 의해, 전진 경로(7a)의 열교환 전의 재킷 냉각수에, 열교환기(8)에서 냉각된 귀환 경로(7b)의 냉각수가 혼합된다. 이에 의해, 전진 경로(7a)와 바이패스 경로(16)의 접속부보다 하류측, 즉 열교환기(8)의 입구 부근의 재킷 냉각수의 온도가 저하한다.

예컨대, 이 실시형태에서는, 순환 경로(4)로부터 전진 경로(7a)에 공급되는 재킷 냉각수의 온도는 90℃ 정도이며, 바이패스 경로(16)로부터의 재킷 냉각수가 혼합된 후의 재킷 냉각수, 즉 열교환기(8)의 입구 부근의 재킷 냉각수의 온도는 80℃ 정도이며, 열교환기(8)에서 응축기(10)로부터의 해수와의 열교환에 의해 냉각된 후의 재킷 냉각수, 즉 열교환기(8)의 출구 부근의 재킷 냉각수의 온도는 70℃ 정도이다.

이와 같이, 열교환기(8)에 공급되는 재킷 냉각수의 온도를 저하시킬 수 있기 때문에, 이 재킷 냉각수와 열교환기(8)에서 열교환하는 해수가 증발할 때에, 열교환기(8)에 염 및 스케일이 부착되는 것을 억제할 수 있다.

이에 의해, 염 및 스케일에 의한 전열 계수의 저하에 따라 조수량이 감소하는 것을 저감할 수 있으며, 염 및 스케일의 제거 등의 메인터넌스의 빈도 및 노동력을 대폭 저감할 수 있어, 상기 조수 장치(1)를 장기간에 걸쳐 안정적으로 운전할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태로서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 열교환기(8)의 입구 부근의 재킷 냉각수의 온도를 검출하는 수온 센서(20)를 마련하며, 이 수온 센서(20)에 의해 검출되는 재킷 냉각수의 수온에 기초하여, 바이패스 경로(16)의 유량 조정 밸브로서의 제4 밸브(18)의 개방도를 제어하는 제어 수단으로서의 컨트롤러(21)를 마련하고, 열교환기(8)의 입구 부근의 재킷 냉각수의 온도가 목표 온도가 되도록 제4 밸브(18)의 개방도를 제어하여도 좋다.

또한, 수온 센서(20)는 열교환기(8)의 입구 부근에 한정되지 않고 열교환기(8)의 출구 부근에 마련하여도 좋다.

전술한 실시형태에서는, 조수 장치(1)의 열교환기(8)는, 순환 경로(4)로부터 분기된 분기 경로(7)에 마련하였지만, 본 발명의 다른 실시형태로서, 조수 장치(1)의 열교환기(8)를 순환 경로(4) 중에 마련하여도 좋다.

열교환기(8)는, 플레이트식의 열교환기에 한정되지 않고, 다관식이나 그 외의 열교환기여도 좋다.

1 조수 장치
3 내연 기관
4 순환 경로
5 순환 펌프
7 분기 경로
8 열교환기
9 기액 분리통
10 응축기
16 바이패스 경로
20 수온 센서
21 컨트롤러

Claims

삭제
내연 기관을 냉각시키는 냉각수에 의해 해수를 가열하고 대기압 미만으로 감압하여 수증기를 생성하는 열교환기와, 이 열교환기에서 발생한 증기를 냉각시켜 증류수를 생성하는 응축기를 구비하는 조수 장치로서,
상기 열교환기의 상류측과 하류측을 접속하는 바이패스 경로를 구비하며, 상기 바이패스 경로를 통해 상기 열교환기의 하류측의 상기 냉각수를 상기 상류측의 냉각수로 복귀시키고,
상기 열교환기는 상기 냉각수가 순환하는 순환 경로에 분기 경로를 통해 접속되며, 상기 분기 경로는 상기 순환 경로의 상기 냉각수를 상기 열교환기에 공급하는 상류측의 전진 경로 및 상기 열교환기로부터의 냉각수를 상기 순환 경로로 복귀시키는 하류측의 귀환 경로를 구비하며,
상기 바이패스 경로는 상류측의 상기 전진 경로와 하류측의 상기 귀환 경로를 접속하고,
상기 순환 경로에 있어서의 상기 전진 경로의 접속부와 상기 귀환 경로의 접속부 사이에는, 상기 순환 경로로부터 상기 열교환기로 공급되는 상기 냉각수의 유량을 조정하는 유량 조정 밸브가 설치되며,
상기 유량 조정 밸브의 상류측의 상기 냉각수의 온도가 90℃ 이상의 고온일 때에, 상기 고온의 냉각수가 상기 유량 조정 밸브를 통해 상기 순환 경로를 흐르고, 상기 열교환기로 분류되는 것을 특징으로 하는 조수 장치.
제2항에 있어서,
상기 전진 경로에는, 상기 바이패스 경로와의 접속부보다 상류측에 밸브 및 역지 밸브가 설치되고, 상기 바이패스 경로에는, 펌프 및 역지 밸브가 설치되는 것인, 조수 장치.
제2항에 있어서,
상기 귀환 경로에는, 상기 바이패스 경로와의 접속부보다 하류측에 밸브가 설치되는 것인, 조수 장치.
제2항에 있어서,
상기 바이패스 경로에는, 상기 바이패스 경로를 흐르는 상기 하류측의 상기 냉각수의 유량을 조정하는 바이패스 경로용 유량 조정 밸브가 설치되고,
상기 열교환기의 상류측의 상기 냉각수의 온도 및 하류측의 상기 냉각수의 온도 중 적어도 어느 한쪽의 온도를 검출하는 수온 센서와,
상기 수온 센서의 검출 온도에 기초하여, 상기 바이패스 경로용 유량 조정 밸브를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것인, 조수 장치.
제2항에 있어서,
상기 내연 기관은 선박의 내연 기관이고, 상기 냉각수는 상기 내연 기관을 냉각시키는 재킷 냉각수인 것인, 조수 장치.