KR101848683B1 - Sea to fresh water using solar energy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 태양열을 이용한 해수 담수화장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 종전과 달리 콤팩트하면서도 효율적인 구조로써 바닷물을 담수화할 수 있으며, 이로 인해 물 부족 현상을 해결할 수 있는 태양열을 이용한 해수 담수화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a seawater desalination apparatus using solar heat, and more particularly, to a seawater desalination apparatus using a solar heat that is capable of desalination of seawater as a compact and efficient structure unlike the past, .
생활용수나 공업용수로 직접 사용하기 힘든 바닷물로부터 염분을 포함한 용해물질을 제거하여 순도 높은 음용수 및 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 일련의 수처리 과정을 말한다. 해수탈염(海水脫鹽)이라고도 하며, 해수를 담수로 생산하는데 사용되는 설비를 해수 담수화 장치 또는 담수화 플랜트라 한다.It refers to a series of water treatment processes in which high-purity drinking water, domestic water, and industrial water are obtained by removing dissolved substances including salts from living waters and industrial waters, which are difficult to use directly. It is also called seawater desalination, and facilities used to produce seawater as freshwater are called seawater desalination plants or desalination plants.
담수화 설비는 지구 상의 물 중 98%나 되는 해수나 기수를 인류의 생활에 유용하게 쓸 수 있도록 경제적인 방법으로 염분을 제거하여 담수로 만드는 설비이다. 비가 땅 위에 떨어지면 여러 경로를 통해 바다로 흘러가게 되는데, 물이 땅 위와 땅속으로 흐르는 동안 무기염류(Mineral)와 다른 물질 등이 용해되어 점점 염도가 증가한다. 바다나 저지대에 도착한 물은 태양에너지에 의해 증발하게 되며, 이 증발 과정에서 염을 남기며 순수한 물만이 구름을 형성하고 비가 되는 순환을 한다. 이것은 물리적인 분리가 이루어지는 증발과정 및 수증기가 찬 공기를 만나서 빗물로 변하는 응축과정을 잘 나타내고 있는데, 이러한 과정이 자연현상에서 볼 수 있는 대표적인 담수화(Desalination)라 할 수 있다.The desalination plant is a facility that removes salt to make fresh water by economical method so that 98% of the earth's water or sea water can be used for human life. When the rain falls on the ground, it flows into the sea through various paths. As the water flows over the ground and into the ground, minerals and other substances dissolve and salinity increases gradually. Water arriving in the sea or lowlands is evaporated by solar energy, leaving a salt in this evaporation process, and only pure water forms clouds and circulates. This is evident in the process of evaporation where physical separation takes place and the condensation process in which water vapor meets cold air and turns into rainwater. This process is a typical desalination in natural phenomena.
해수 담수화의 방식은 크게 기본원리에 따라 분류된다. 열원을 이용하여 해수를 가열하고 발생한 증기를 응축시켜 담수를 얻는 증발법과 삼투현상(Osmosis)을 역으로 이용하여 해수를 반투막(Semi-permeable Membrane)을 통과시켜 담수를 생산하는 역삼투법(Reverse Osmosis)이 해수 담수화의 대표적인 방식이다. 열원을 이용하는 증발법은 유체의 흐름 양상에 따라 다단증발법(Multi-Stage Flash: MSF)과 다중효용법(Multi-Effect Distillation: MED)으로 구분된다. 이외에도 결정화법, 이온교환막법, 용제추출법, 가압흡착법 등이 해수 담수화에 적용되고 있으나, 현재 널리 상용화된 해수 담수화 방식은 MSF, MED와 RO의 3가지 기술이며, MSF 또는 MED와 RO를 혼용하여 담수를 생산하는 Hybrid 방식이 적용되는 경우도 있다.The method of seawater desalination is largely classified according to the basic principle. Reverse osmosis (reverse osmosis), which produces fresh water by passing seawater through semi-permeable membranes by reversing the evaporation method and the osmosis phenomenon by heating seawater using a heat source and condensing the generated steam to obtain fresh water, It is a representative method of seawater desalination. The evaporation method using a heat source is divided into a multi-stage flash (MSF) and a multi-effect distillation (MED) according to the flow pattern of the fluid. In addition, crystallization method, ion exchange membrane method, solvent extraction method and pressure adsorption method are applied to seawater desalination. However, currently widely used seawater desalination methods are MSF, MED and RO technologies. Hybrid method, which produces high-quality products, may be applied.
한편, 최근 전 세계적 이상화 기온현상으로 물 부족 현상이 발생되고 있다. 물 부족 현상을 해결하기 위해서 댐건설, 지하수 개발 등 다양한 방법이 연구 개발되고 있으나 수자원 확보에 근본적인 해결책이 되지 못하는 실정이다. 따라서 물 부족 문제를 해결하기 위해서는 바닷물을 이용할 수밖에 없다.On the other hand, water shortage has been caused by the global idealized temperature phenomenon recently. In order to solve the water shortage problem, various methods such as dam construction and groundwater development have been researched and developed, but it is not a fundamental solution for securing water resources. Therefore, to solve the water shortage problem, we have to use seawater.
지금까지 대부분의 해수의 담수화 방법은 증발법과 역삼투압법으로 분리될 수 있다.So far, most seawater desalination methods can be separated by evaporation and reverse osmosis.
증발법은 다량의 에너지가 필요하다. 반면, 역삼투압법은 고분자 분리막을 형성하여 해수를 정화하는 것으로서 에너지 소모가 적다.The evaporation method requires a large amount of energy. On the other hand, the reverse osmosis method forms a polymer membrane to purify the seawater and consumes less energy.
하지만, 역삼투압법은 해수에 함유된 유익한 각종 성분을 제거하며, 이로 인해 해수는 처리수와 대량의 염분 등이 함유된 농축수로 분리됨으로써 농축수의 별도 처리가 요구 되는 사항이다However, the reverse osmosis method removes beneficial components contained in seawater, and seawater is separated into concentrated water containing treated water and a large amount of salt, thereby requiring separate treatment of concentrated water
지구상에 존재하는 물의 97%가 바닷물이며, 지구표면에 71%가 바다로 구성되어 있다는 점에서 좀 더 효과적인 방법으로 바닷물을 담수화하여 물 부족 현상을 해결하기 위한 필요성이 대두된다.Since 97% of the earth's water is seawater and 71% of the earth's surface is composed of sea, there is a need to desalinate the seawater in a more effective way to solve the water shortage.
본 발명의 목적은, 종전과 달리 콤팩트하면서도 효율적인 구조로써 바닷물을 담수화할 수 있으며, 이로 인해 물 부족 현상을 해결할 수 있는 태양열을 이용한 해수 담수화 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a seawater desalination apparatus using solar heat that is capable of desalination of seawater with a compact and efficient structure unlike the past, and which can solve the water shortage phenomenon.
본 발명의 다른 목적은, 태양열을 최대한 이용하여 별도의 동력 없이 해수를 증기화함으로써 염분이 없는 담수를 제공할 수 있는 태양열을 이용한 해수 담수화 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a seawater desalination apparatus using solar heat, which can provide fresh water free from salt by maximizing the use of solar heat and vaporizing seawater without any additional power.
특히, 본 발명의 다른 목적은, 외부 동력 없이 순수 자연에서 얻은 자원만을 활용하여 바닷물을 담수화할 수 있으며, 이로 인해 자연환경에 이바지할 수 있는 태양열을 이용한 해수 담수화 장치를 제공하는 것이다.In particular, it is another object of the present invention to provide a desalination apparatus using solar heat that can utilize only resources obtained from pure nature without external power to desalinate seawater, thereby contributing to the natural environment.
상기 목적은, 태양열을 이용해서 해수를 담수화시키기 위한 장치로서, 상기 태양열을 집열시키기 위한 대형 볼록렌즈; 상기 대형 볼록렌즈의 열손실 및 난반사 방지를 위해 상기 대형 볼록렌즈에 결합되는 렌즈용 커버; 상기 렌즈용 커버와 연결되는 증발 유닛; 상기 증발 유닛의 일측에 마련되며, 상기 대형 볼록렌즈의 초점부위로 모아져 집열된 600~800℃ 정도의 온도로 가열되는 열매체유 열판; 상기 열매체유 열판의 온도 감지를 위해 마련되는 열판 온도 감지센서; 상기 증발 유닛과 연결되되 해수가 공급되고 수증기가 냉각되는 장소를 이루는 열교환기; 상기 증발 유닛과 상기 열교환기 사이에 배치되며, 상기 열교환기 내에 담긴 해수를 배관으로 연결된 이송펌프를 통해서 상기 열매체유 열판의 배면을 향해 분무하는 해수 분무용 모듈; 및 상기 해수가 상기 열매체유 열판의 배면에 접촉됨에 따라 형성되는 수증기가 증기 배출관을 통해 자체 압력으로 이동되며, 단부가 상기 열교환기에 연결되는 상부 배관을 포함하며, 상기 상부 배관을 통해 상기 열교환기로 이동되는 수증기는 상기 열교환기 내에 담긴 해수에 의해서 냉각, 응축됨으로써 순수한 담수로 변화되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 해수 담수화장치에 의해 달성된다.The above object is achieved by an apparatus for desalinating seawater using solar heat, comprising: a large convex lens for collecting the solar heat; A lens cover coupled to the large convex lens to prevent heat loss and diffused reflection of the large convex lens; An evaporation unit connected to the lens cover; A heating medium heat exchange plate provided at one side of the evaporation unit and heated to a temperature of about 600 to 800 DEG C collected at a focal point of the large convex lens and collected; A heating plate temperature sensor for sensing the temperature of the heating medium heat plate; A heat exchanger connected to the evaporation unit and serving as a place where seawater is supplied and water vapor is cooled; A seawater spraying module disposed between the evaporating unit and the heat exchanger and spraying the seawater contained in the heat exchanger toward the back surface of the heat medium heat plate through a transfer pump connected to the pipeline; And an upper pipe connected to the heat exchanger such that water vapor formed as the seawater contacts the back surface of the heat medium heat plate is moved to its own pressure through the steam discharge pipe and is moved to the heat exchanger through the upper pipe, And the water vapor is cooled and condensed by the seawater contained in the heat exchanger, thereby changing into pure fresh water.
상기 해수를 담수화시키는데 사용되는 모든 구성들의 동작을 자동으로 컨트롤하는 컨트롤 유닛; 상기 상부 배관에 마련되며, 자체 생산 전기를 공급하는 소형 발전용 터빈; 및 상기 상부 배관에 마련되되 상기 컨트롤 유닛에 의해 컨트롤되는 자동밸브가 부속된 바이패스 라인을 더 포함할 수 있다.A control unit for automatically controlling the operation of all the components used to desalinate the seawater; A small power generation turbine provided in the upper piping and supplying self-produced electricity; And a bypass line provided in the upper piping, to which an automatic valve controlled by the control unit is attached.
상기 열판 온도 감지센서에 의해 감지되는 상기 열매체유 열판의 온도값은 실시간으로 모니터링되며, 상기 컨트롤 유닛은 상기 열매체유 열판의 온도가 기준 조건인 300℃ 이상인 경우에만 상기 해수 분무용 모듈에 의해 해수가 분무되게 하며, 상기 열매체유 열판의 온도가 300℃ 미만인 경우에는 해수의 분무 가동이 중단되게 컨트롤할 수 있다.The control unit controls the temperature of the heat medium heat plate sensed by the heat plate temperature sensor to be monitored in real time only when the temperature of the heat medium heat plate is 300 ° C or more, And when the temperature of the heat medium heat plate is lower than 300 ° C, the operation of spraying the seawater can be controlled to be stopped.
상기 열매체유 열판은, 외관을 이루는 철판 케이싱; 및 상기 철판 케이싱 내에 충전되는 열매체유를 포함하며, 상기 열매체유 열판에는 유증기 배출 압력추가 설치되되 상기 유증기 배출 압력추는 유증기 배출관에 부속될 수 있다.The heating medium heat-exchanging plate includes an iron plate casing having an outer appearance; And a heating medium oil filled in the iron plate casing, wherein a vapor discharge pressure is additionally provided on the heat medium heat plate, and the vapor discharge pressure plate may be attached to the vapor discharge pipe.
상기 렌즈용 커버가 결합되는 대형 볼록렌즈, 상기 증발 유닛, 상기 이송펌프, 그리고 소형 발전용 터빈을 포함하는 각종 배관 등의 구성들은 일체형의 한 구조물로 이루어지되 이들을 일체로 지지하는 일체형 회전 베이스 플레이트; 상기 일체형 회전 베이스 플레이트의 중심에 연결되는 회전 샤프트; 상기 회전 샤프트에 결합되는 소형 기어; 상기 소형 기어와 치합되는 대형 기어; 상기 대형 기어를 구동시키는 제1 모터; 상기 회전 샤프트에 연결되는 틸팅 유닛; 및 상기 틸팅 유닛을 구동시키는 제2 모터를 더 포함할 수 있다.A large convex lens to which the lens cover is coupled, various evaporation units, a transfer pump, and various piping including a small power generation turbine are integrally formed as one body, and integrally rotatable base plates for supporting them integrally; A rotating shaft connected to the center of the integral rotating base plate; A small gear coupled to the rotating shaft; A large gear engaged with the small gear; A first motor for driving the large gear; A tilting unit connected to the rotating shaft; And a second motor for driving the tilting unit.
추가의 전력 공급을 위한 태양전지판; 상기 태양전지판에서 생산되는 전기를 저장하되 상기 컨트롤 유닛과 연결되는 축전지; 및 태양의 위치를 추적하는 태양광 센서를 더 포함할 수 있다.Solar panels for additional power supply; A storage battery for storing electricity produced by the solar panel, the storage battery being connected to the control unit; And a solar sensor for tracking the position of the sun.
본 발명에 따르면, 종전과 달리 콤팩트하면서도 효율적인 구조로써 바닷물을 담수화할 수 있으며, 이로 인해 물 부족 현상을 해결할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the seawater can be desalinated with a compact and efficient structure unlike the past, and the water shortage phenomenon can be solved thereby.
또한 본 발명에 따르면, 태양열을 최대한 이용하여 별도의 동력 없이 해수를 증기화함으로써 염분이 없는 담수를 제공할 수 있는 효과가 있다.Further, according to the present invention, it is possible to provide fresh water free from salt by making use of solar heat as much as possible and vaporizing seawater without any additional power.
특히, 본 발명에 따르면, 외부 동력 없이 순수 자연에서 얻은 자원만을 활용하여 바닷물을 담수화할 수 있으며, 이로 인해 자연환경에 이바지할 수 있는 효과가 있다.In particular, according to the present invention, it is possible to desalinate seawater by utilizing only resources obtained from pure nature without external power, thereby contributing to the natural environment.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열을 이용한 해수 담수화 장치의 구성도이다.
도 2는 증발 유닛의 측면도이다.
도 3은 도 2의 배면도이다.
도 4는 열매체유 열판의 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 6은 도 1의 태양열을 이용한 해수 담수화 장치에 대한 제어블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열을 이용한 해수 담수화 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a seawater desalination apparatus using solar heat according to an embodiment of the present invention.
2 is a side view of the evaporation unit.
Fig. 3 is a rear view of Fig. 2. Fig.
4 is a plan view of the heat medium oil heat plate.
5 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
FIG. 6 is a control block diagram of a seawater desalination apparatus using the solar heat of FIG. 1;
7 is a configuration diagram of a seawater desalination apparatus using solar heat according to another embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.However, the description of the present invention is merely an example for structural or functional explanation, and thus the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text.
예컨대, 실시예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있기 때문에 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.For example, since the embodiments are susceptible to various modifications and various forms, the scope of the present invention should be construed as including equivalents capable of realizing technical ideas.
또한 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니기 때문에 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.It is to be understood that the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto since the object or effect of the present invention is not limited to the specific embodiment.
본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.In the present specification, the present embodiment is provided to complete the disclosure of the present invention and to fully disclose the scope of the invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs. And the present invention is only defined by the scope of the claims.
따라서 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.Thus, in some embodiments, well known components, well known operations, and well-known techniques are not specifically described to avoid an undesirable interpretation of the present invention.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 사전적 의미에 제한되지 않으며, 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that the meaning of the terms used in the present invention is not limited to a dictionary meaning, but should be understood as follows.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" to another element, it may be directly connected to the other element, but there may be other elements in between. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the singular " include "or" have "are to be construed as including a stated feature, number, step, operation, component, It is to be understood that the combination is intended to specify that it does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.Commonly used predefined terms should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the related art and can not be interpreted as having ideal or overly formal meaning unless explicitly defined in the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 실시예의 설명 중 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하며, 경우에 따라 동일한 참조부호에 대한 설명은 생략하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and explanations of the same reference numerals will be omitted in some cases.
(일 실시예)(One embodiment)
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열을 이용한 해수 담수화 장치의 구성도, 도 2는 증발 유닛의 측면도, 도 3은 도 2의 배면도, 도 4는 열매체유 열판의 평면도, 도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도, 그리고 도 6은 도 1의 태양열을 이용한 해수 담수화 장치에 대한 제어블록도이다.2 is a side view of the evaporation unit, FIG. 3 is a rear view of FIG. 2, FIG. 4 is a plan view of a heat medium oil heat plate, and FIG. 5 is a cross- 4 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 4, and FIG. 6 is a control block diagram of a seawater desalination apparatus using the solar heat of FIG.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양열을 이용한 해수 담수화 장치는 태양열을 이용하되 종전과 달리 콤팩트하면서도 효율적인 구조로써 바닷물을 담수화할 수 있으며, 이로 인해 물 부족 현상을 해결할 수 있도록 한 것이다.Referring to these drawings, the seawater desalination apparatus using the solar heat according to the present embodiment is capable of desalination of seawater by using solar heat but having a compact and efficient structure unlike the past, thereby solving the water shortage phenomenon.
이를 위해, 본 실시예에 따른 태양열을 이용한 해수 담수화 장치는 대형 볼록렌즈(110)와 증발 유닛(120), 그리고 열교환기(130)를 포함한다.To this end, the solar water desalination apparatus using solar heat according to the present embodiment includes a large
대형 볼록렌즈(110)를 통해 태양열을 대형 볼록렌즈(110)의 초점부위로 모아 집열시킨다. 그래서 그 온도가 대략 600~800℃ 정도가 되도록 한다.The solar heat is collected through the large
대형 볼록렌즈(110) 대신에 태양 반사경을 사용해도 무방하기 때문에 이러한 사항 모두가 본 발명의 권리범위에 속한다 하여야 할 것이다.A sun reflector may be used instead of the large
대형 볼록렌즈(110)에는 열손실 및 난반사 방지를 위해 렌즈용 커버(111)가 결합된다. 도면에는 렌즈용 커버(111)와 증발 유닛(120)이 분리되어 있지만 이들은 연결되어 한 몸체를 이룰 수 있다.The
이렇게 집열된 열을 이용해서 증발 유닛(120)에 설치되는 열매체유 열판(121)을 가열한다. 이때는 열매체유 열판(121) 전체의 평균 온도가 300℃ 이상 될 수 있도록 가열한다.By using the heat thus collected, the heating
열매체유 열판(121)은 도 5에 도시된 바와 같이, 외관을 이루는 철판 케이싱(121a)과 그 내부에 충전되는 열매체유를 포함한다.As shown in FIG. 5, the heat medium
도면에는 열매체유 열판(121)이 개략적으로 도시되었으나 열매체유 열판(121)은 열매체유가 보충되거나 유증기가 배출될 수 있는 구조를 갖는다.Although the heating medium
열매체유 열판(121)의 온도 감지를 위해 열매체유 열판(121)에는 열판 온도 감지센서(122)가 부속된다. 열판 온도 감지센서(122)에 의해 감지되는 열매체유 열판(121)의 온도값은 실시간으로 모니터링되며, 그 정보는 컨트롤 유닛(180)으로 전송된다.A heat
본 실시예에서 증발 유닛(120)은 실외의 햇볕에 노출된 상태인데, 이러한 조건으로 인해 증발 유닛(120)의 내부 온도는 대략 40~60℃도 이상이 된다. 이처럼 증발 유닛(120)의 내부 온도가 햇볕, 즉 태양열에 의해 자체적으로 상승되어 있기 때문에 바닷물, 즉 해수를 증기화해서 담수화시키는데 필요한 에너지를 절감시킬 수 있다.In this embodiment, the
증발 유닛(120)은 열교환기(130)와 연결된다. 증발 유닛(120)의 배면에는 착탈식 도어(127)가 마련된다. 따라서 내부의 염분 결정체를 꺼내어 청소할 수 있고, 각종 장치들을 설치 또는 유지보수하는데 유리하다.The evaporation unit (120) is connected to the heat exchanger (130). A removable door (127) is provided on the back surface of the evaporation unit (120). Therefore, it is possible to take out and clean the inner salt crystals, and it is advantageous to install or maintain various devices.
열교환기(130) 내에 담긴 해수를 배관으로 연결된 이송펌프(141)를 통해서 증발 유닛(120) 내에 설치되는 해수 분무용 모듈(123), 예컨대 스프레이 건 등으로 증발 유닛(120)의 열매체유 열판(121)의 배면을 향해 분무한다. 다시 말해, 열교환기(130) 측의 해수를 증발 유닛(120)의 열매체유 열판(121)의 배면을 향해 분무한다.A
해수는 해수 분무용 모듈(123)에서 수많은 아주 작은 알갱이 형태로 분무시키는 것이 바람직하다. 이때, 해수 공급관(131)에 의해 열교환기(130) 내의 해수는 외부, 즉 바다에서 계속 공급되어야 한다.It is preferred that the seawater is sprayed in the
한편, 열매체유 열판(121)의 온도 조건에 따라 열매체유 열판(121)의 배면으로 해수를 분사하는 조건은 다음과 같다. 즉 열판 온도 감지센서(122)에 의해 열매체유 열판(121)의 온도값이 계속 모니터링되고 있기 때문에 예컨대, 열매체유 열판(121)의 온도가 기준 조건인 300℃ 이상인 경우에만 해수가 분무되게 하며, 만약 열매체유 열판(121)의 온도가 300℃ 미만인 경우에는 해수의 분무 가동이 중단되게 한다. 이의 컨트롤은 열판 온도 감지센서(122)의 신호를 받는 컨트롤 유닛(180)에 의해 진행될 수 있다.The conditions for spraying the seawater to the back surface of the heat medium
이송펌프(141)에 연결되는 해수 분무용 모듈(123)로 해수를 열매체유 열판(121)의 배면으로 분무하면 해수가 열매체유 열판(121)의 배면에 접촉되는 순간 해수는 즉시 수증기로 변화된다.When the seawater is sprayed to the back surface of the heat medium
이때, 해수에 포함되는 염분은 결정체로 형성되어 증발 유닛(120)의 아랫부분으로 낙하된다. 참고로, 해수의 염분 농도는 3,1 ~ 3,8% 정도이며, 염전에서 바닷물을 모아 햇볕에 증발시키면 소금만 남는 현상과 마찬가지의 원리를 갖는다.At this time, the salt contained in the seawater is formed into a crystal and drops to the lower part of the
열매체유 열판(121)에는 유증기 배출 압력추(124)가 설치된다. 유증기 배출 압력추(124)는 유증기 배출관(125)에 부속된다. 유증기 배출관(125)의 주변에는 증기, 즉 수증기가 배출되는 증기 배출관(126)이 마련된다. 증기 배출관(126)은 상부 배관(142)과 연결된다.The heat medium
한편, 앞서 기술한 것처럼 해수 분무용 모듈(123)로 해수를 열매체유 열판(121)의 배면으로 분무하면 해수가 열매체유 열판(121)의 배면에 접촉되는 순간 해수는 즉시 수증기로 변화되는데, 이때의 수증기는 염분이 제거된 증기이다.If the seawater is sprayed to the back surface of the heat medium
이렇게 형성되는 염분이 제거된 증기는 자체 압력을 통해 증기 배출관(126)을 경유해서 상부 배관(142)을 따라 이동된다.The desalinated steam thus formed is moved along the
상부 배관(142)에는 소형 발전용 터빈(143)이 마련된다. 이에, 상부 배관(142)을 따라 이동되는 염분이 제거된 증기는 소형 발전용 터빈(143)을 동작시켜 전기를 생산할 수도 있다. 이렇게 생산되는 전기는 이송펌프(141) 등 자체 구성들에 전력을 공급할 수 있다. 남은 잉여 전기는 판매된다.A small
상부 배관(142)에는 자동밸브(145)가 부속된 바이패스 라인(146)이 연결된다. 이에, 증기의 생산량 또는 압력인 약한 경우에는 자동밸브(145)의 동작으로 인해 증기가 상부 배관(142)에서 소형 발전용 터빈(143)으로 향하지 않고 바이패스 라인(146)을 통해 열교환기(130)로 향하게 할 수 있다.A bypass line 146 to which an
소형 발전용 터빈(143)을 통과한 수증기는 열교환기(130)로 이동되며, 열교환기(130) 내에 담긴 해수에 의해서 냉각, 응축됨으로써 순수한 담수, 즉 민물로 변화된다.The steam passing through the small
이때, 열교환기(130)에서 회수되는 폐열은 유입되는 해수를 사전에 가열하여 증발 유닛(110)으로 이송되며, 이로 인해 증기화 에너지의 효율을 향상시킬 수 있다.At this time, the waste heat recovered in the
한편, 렌즈용 커버(111)가 결합되는 대형 볼록렌즈(110)가 연결되는 증발 유닛(120), 이송펌프(141), 그리고 소형 발전용 터빈(143)을 포함하는 각종 배관 등의 구성들은 일체형의 한 구조물로 이루어진다.On the other hand, the structures of various piping including the
이와 같은 한 세트의 한 구조물은 태양의 위치 혹은 초점에 따라 움직이는 구조를 갖는다. 따라서 태양열의 집열 효과가 대단히 향상될 수 있다. 측 본 발명의 경우, 최대한 태양열을 이용할 수 있다.One such set of structures has a structure that moves according to the position or focus of the sun. Therefore, the solar heat collecting effect can be greatly improved. In the case of the present invention, solar heat can be used as much as possible.
렌즈용 커버(111)가 결합되는 대형 볼록렌즈(110)가 연결되는 증발 유닛(120), 이송펌프(141), 그리고 소형 발전용 터빈(143)을 포함하는 각종 배관 등의 구성들이 일체형의 한 구조물로 이루어질 수 있도록 이들은 일체형 회전 베이스 플레이트(171)에 위치별로 탑재된다.A configuration in which the
일체형 회전 베이스 플레이트(171)의 중심에는 회전 샤프트(172)가 마련되며, 회전 샤프트(172)에는 소형 기어(173)가 일체로 연결된다. 그리고 소형 기어(173)에는 대형 기어(174)가 외접되며, 대형 기어(174)는 제1 모터(175)에 의해 동작된다.A
이에, 제1 모터(175)가 동작되어 대형 기어(174)를 회전시키면 대형 기어(174)의 작용으로 소형 기어(173)가 회전되고, 이에 연동되어 회전 샤프트(172) 및 일체형 회전 베이스 플레이트(171)가 회전됨으로써 렌즈용 커버(111)가 결합되는 대형 볼록렌즈(110)가 연결되는 증발 유닛(120), 이송펌프(141), 그리고 소형 발전용 터빈(143)을 포함하는 각종 배관 등의 구성들, 특히 대형 볼록렌즈(110)의 위치가 태양열을 가장 잘 집열할 수 는 위치로 자동 변경될 수 있다.When the
이때, 회전 샤프트(172)에는 틸팅 유닛(176)이 연결된다. 틸팅 유닛(176)에는 제2 모터(177)가 연결된다. 이에, 제2 모터(177)가 동작되면 틸팅 유닛(176)이 틸팅될 수 있는데, 제1 모터(175)와 함께 동작됨으로써 대형 볼록렌즈(110)가 태양을 정확하게 추적할 수 있다.At this time, a
한편, 이와 같은 동작이 진행되려면 제1 모터(175)와 제2 모터(177)에 전기를 공급해야 하는데, 이때의 전기는 소형 발전용 터빈(143)에서 생산된 전기를 사용하면 된다.In order to perform such operation, electricity must be supplied to the
하지만, 전기가 부족한 경우, 태양전지판(161), 축전지(163), 태양광 센서(165), 그리고 컨트롤 유닛(180)에서 자체 공급되는 전기를 사용할 수도 있다.However, when the electricity is insufficient, electricity supplied by the
태양전지판(161)은 태양광 혹은 태양열로 전기를 생산하는 장치이고, 축전지(163)는 태양전지판(161)에서 생산된 전기를 저장하는 장치이다. 그리고 태양광 센서(165)는 태양의 위치를 추적하는 센서로서 태양전지판(161)을 비롯해서 대형 볼록렌즈(110)의 위치를 보정하는 신호를 제공한다.The
물론, 소형 발전용 터빈(143)과 태양전지판(161)에서 생산되는 잉여 전기는 한전에 판매할 수도 있다.Of course, surplus electricity produced by the small-sized
참고로, 도 1에는 태양전지판(161), 축전지(163), 태양광 센서(165), 그리고 컨트롤 유닛(180)이 별개로 도시되어 있으나 이들 역시, 일체형 회전 베이스 플레이트(171) 상의 일측에 탑재되어 일체형 회전 베이스 플레이트(171)와 함께 동작되는 편이 바람직할 수 있다.1, the
한편, 본 발명에 적용되는 컨트롤 유닛(180)은 해수를 담수화시키는데 사용되는 모든 구성들의 동작을 자동으로 컨트롤한다. 이러한 역할을 수행하는 컨트롤 유닛(180)은 중앙처리장치(181, CPU), 메모리(182, MEMORY), 그리고 서포트 회로(183, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.On the other hand, the
중앙처리장치(181)는 본 실시예에서 해수를 담수화시키는데 사용되는 모든 구성들의 동작을 자동으로 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다.The
메모리(182, MEMORY)는 중앙처리장치(181)와 연결된다. 메모리(182)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리일 수 있다.The memory 182 (MEMORY) is connected to the
서포트 회로(183, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(181)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(183)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.The support circuit 183 (SUPPORT CIRCUIT) is coupled with the
본 실시예에서 컨트롤 유닛(180)은 해수를 담수화시키는데 사용되는 모든 구성들의 동작을 자동으로 컨트롤하는데, 이러한 일련의 프로세스 등은 메모리(182)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(182)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.In this embodiment, the
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.Although processes according to the present invention are described as being performed by software routines, it is also possible that at least some of the processes of the present invention may be performed by hardware. As such, the processes of the present invention may be implemented in software executed on a computer system, or in hardware such as an integrated circuit, or in combination of software and hardware.
이상 설명한 바와 같은 구조와 작용을 갖는 본 발명에 따르면, 종전과 달리 콤팩트하면서도 효율적인 구조로써 바닷물을 담수화할 수 있으며, 이로 인해 물 부족 현상을 해결할 수 있게 된다.According to the present invention having the structure and function as described above, the seawater can be desalinated with a compact and efficient structure unlike the past, thereby making it possible to solve the water shortage phenomenon.
또한 본 발명에 따르면, 태양열을 최대한 이용하여 별도의 동력 없이 해수를 증기화함으로써 염분이 없는 담수를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to provide fresh water free from salt by maximizing solar heat and vaporizing seawater without any additional power.
특히, 본 발명에 따르면, 외부 동력 없이 순수 자연에서 얻은 자원만을 활용하여 바닷물을 담수화할 수 있으며, 이로 인해 자연환경에 이바지할 수 있다.In particular, according to the present invention, seawater can be desalinated using only resources obtained from pure nature without external power, thereby contributing to the natural environment.
(다른 실시예)(Another embodiment)
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열을 이용한 해수 담수화 장치의 구성도이다.7 is a configuration diagram of a seawater desalination apparatus using solar heat according to another embodiment of the present invention.
이 도면을 참조하면, 본 실시예의 경우, 여러 대의 대형 볼록렌즈(110) 및 증발 유닛(120)이 공용 열교환기(230)에 의해 연결되어 시스템화되고 있는데, 이러한 경우, 확장성을 높일 수 있고, 설치지역에 맞게 설계할 수 있는 장점이 있다.Referring to this figure, in the case of this embodiment, several large
본 실시예가 적용되더라도 종전과 달리 콤팩트하면서도 효율적인 구조로써 바닷물을 담수화할 수 있으며, 이로 인해 물 부족 현상을 해결할 수 있게 된다.Even if this embodiment is applied, the seawater can be desalinated with a compact and efficient structure unlike the past, and the water shortage phenomenon can be solved thereby.
또한 본 발명에 따르면, 태양열을 최대한 이용하여 별도의 동력 없이 해수를 증기화함으로써 염분이 없는 담수를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to provide fresh water free from salt by maximizing solar heat and vaporizing seawater without any additional power.
특히, 본 발명에 따르면, 외부 동력 없이 순수 자연에서 얻은 자원만을 활용하여 바닷물을 담수화할 수 있으며, 이로 인해 자연환경에 이바지할 수 있다.In particular, according to the present invention, seawater can be desalinated using only resources obtained from pure nature without external power, thereby contributing to the natural environment.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. It is therefore intended that such modifications or alterations be within the scope of the claims appended hereto.
110 : 대형 볼록렌즈 111 : 렌즈용 커버
120 : 증발 유닛 121 : 열매체유 열판
122 : 열판 온도 감지센서 123 : 해수 분무용 모듈
124 : 유증기 배출 압력추 130 : 열교환기
131 : 해수 공급관 141 : 이송펌프
142 : 상부 배관 143 : 소형 발전용 터빈
145 : 자동밸브 146 : 바이패스 라인
161 : 태양전지판 163 : 축전지
165 : 태양광 센서 171 : 일체형 회전 베이스 플레이트
172 : 회전 샤프트 173 소형 기어
174 : 대형 기어 175 : 제1 모터
176 : 틸팅 유닛 177 : 제2 모터
180 : 컨트롤 유닛110: large convex lens 111: lens cover
120: evaporation unit 121: heating medium oil heating plate
122: Hot plate temperature sensor 123: Seawater spray module
124: Vapor discharge pressure valve 130: Heat exchanger
131: Seawater supply pipe 141: Transfer pump
142: Upper piping 143: Small power generation turbine
145: Automatic valve 146: Bypass line
161: Solar panel 163: Storage battery
165: solar light sensor 171: integral type rotating base plate
172:
174: large gear 175: first motor
176: tilting unit 177: second motor
180: Control unit
Claims (6)
초점부위로 모아 집열한 태양열의 열손실 및 난반사 방지가 되도록 렌즈용 커버가 결합되는 대형 볼록렌즈;
상기 렌즈용 커버와 연결되는 일측에 설치되어 상기 대형 볼록렌즈의 초점부위로 모아져 집열된 600~800℃의 온도로 가열되는 열매체유 열판과, 상기 열매체유 열판의 온도를 감지하기 위한 열판 온도 감지센서와, 상기 열매체유 열판의 배면으로 이송펌프에 의해서 해수를 분무하여 해수가 증발되면서 수증기가 발생되도록 하는 해수 분무용 모듈을 내부에 구비하는 증발 유닛;
증기 배출관을 통해 배출되는 수증기가 상부 배관을 통해 자체 압력으로 이동되도록 하여 유입되는 수증기가 해수 공급관을 통해 공급되는 해수에 의해 냉각, 응축되면서 순수한 담수로 변화되도록 하고, 열교환된 내부의 해수는 이송펌프를 통해 상기 증발 유닛의 해수 분무용 모듈에 공급되도록 하는 열교환기;
상기 대형 볼록렌즈와 상기 증발 유닛 및 상기 열교환기를 일체로 지지하는 일체형 회전 베이스 플레이트;
상기 일체형 회전 베이스 플레이트의 중심에 연결되는 회전 샤프트;
상기 회전 샤프트에 결합되는 소형 기어;
상기 소형 기어와 치합되는 대형 기어;
상기 대형 기어를 구동시키는 제1 모터;
상기 회전 샤프트에 연결되는 틸팅 유닛; 및
상기 틸팅 유닛을 구동시키는 제2 모터로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 태양열을 이용한 해수 담수화장치.
As an apparatus for desalinating seawater using solar heat,
A large convex lens to which the cover for the lens is coupled so as to prevent heat loss and diffused reflection of the solar heat collected in the focus region;
A heating medium temperature heating plate installed at one side of the heating convex lens and connected to the lens cover and heated to a temperature of 600 to 800 ° C collected at a focal point of the large convex lens, An evaporation unit having a water-spraying module therein for spraying seawater to the back surface of the heat medium heat plate by a transfer pump to generate water vapor while evaporating seawater;
The water vapor discharged through the steam discharge pipe is moved to its own pressure through the upper pipe, so that the introduced water vapor is cooled and condensed by the sea water supplied through the sea water supply pipe to be transformed into pure fresh water, To the sea water spraying module of the evaporating unit through the heat exchanger;
An integral rotary base plate integrally supporting the large convex lens, the evaporation unit, and the heat exchanger;
A rotating shaft connected to the center of the integral rotating base plate;
A small gear coupled to the rotating shaft;
A large gear engaged with the small gear;
A first motor for driving the large gear;
A tilting unit connected to the rotating shaft; And
And a second motor for driving the tilting unit.
상기 해수를 담수화시키는데 사용되는 모든 구성들의 동작을 자동으로 컨트롤하는 컨트롤 유닛;
상기 상부 배관에 마련되며, 자체 생산 전기를 공급하는 소형 발전용 터빈; 및
상기 상부 배관에 마련되되 상기 컨트롤 유닛에 의해 컨트롤되는 자동밸브가 부속된 바이패스 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 해수 담수화장치.
The method according to claim 1,
A control unit for automatically controlling the operation of all the components used to desalinate the seawater;
A small power generation turbine provided in the upper piping and supplying self-produced electricity; And
Further comprising a bypass line attached to the upper piping and including an automatic valve controlled by the control unit.
상기 컨트롤 유닛은 열매체유 열판의 온도가 300℃ 이상인 경우에만 기 해수 분무용 모듈에 의해 해수가 분무되게 하며, 상기 열매체유 열판의 온도가 300℃ 미만인 경우에는 해수의 분무 가동이 중단되게 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 해수 담수화장치.
3. The method of claim 2,
The control unit controls the spraying operation of the seawater to be stopped when the temperature of the heat medium heat plate is lower than 300 ° C. In the case where the temperature of the heat medium heat plate is lower than 300 ° C., A seawater desalination apparatus using solar heat.
상기 열매체유 열판은,
외관을 이루는 철판 케이싱; 및
상기 철판 케이싱 내에 충전되는 열매체유를 포함하며,
상기 열매체유 열판에는 유증기 배출 압력추가 설치되되 상기 유증기 배출 압력추는 유증기 배출관에 부속되는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 해수 담수화장치.
3. The method of claim 2,
The heating medium heat-
An iron plate casing forming an appearance; And
And a heating medium oil filled in the iron plate casing,
Wherein a vapor discharge pressure is additionally provided on the heating medium heat plate, and the vapor discharge pressure plate is attached to a vapor discharge pipe.
추가의 전력 공급을 위한 태양전지판;
상기 태양전지판에서 생산되는 전기를 저장하되 상기 컨트롤 유닛과 연결되는 축전지; 및
태양의 위치를 추적하는 태양광 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 해수 담수화장치.3. The method of claim 2,
Solar panels for additional power supply;
A storage battery for storing electricity produced by the solar panel, the storage battery being connected to the control unit; And
Further comprising a solar light sensor for tracking the position of the sun.
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열매유 보일러에 관한 기술지침. 한국산업안전보건공단. 2013.11.* |
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