KR20180131330A

KR20180131330A - 담수화 장치 및 이를 포함하는 태양열 타워 시스템

Info

Publication number: KR20180131330A
Application number: KR1020170137715A
Authority: KR
Inventors: 박윤원; 김용진; 정용훈
Original assignee: 비즈 주식회사; 한국과학기술원
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2018-12-10
Also published as: KR102037714B1

Abstract

본 발명의 일실시예는 태양열 시스템에 설치되어 해수를 담수화하는 담수화 장치에 있어서, 해수를 저장하며, 태양열 에너지를 받아서 저장된 해수의 온도를 상승시키는 해수 가열 부재, 상기 해수 가열 부재로부터 해수를 공급받아서 저장하는 적어도 하나의 해수 저장 부재, 상기 해수 저장 부재의 상측에 연통되어 해수가 증발될 수 있는 해수 증발 부재 및 상기 해수 증발 부재를 감싸도록 형성되고 상기 해수 증발 부재의 상측에 대응되게 위치되어 상기 해수 증발 부재에서 발생된 수증기를 응축시키는 해수 응축부와, 상기 해수 증발 부재를 감싸도록 형성되고 상기 응축부의 하측에 형성되어 상기 해수 응축부에서 응축된 담수를 일시적으로 저장하는 담수 저장부를 포함하는 처리 부재를 포함하는 담수화 장치를 제공한다.

Description

담수화 장치 및 이를 포함하는 태양열 타워 시스템{DESALINATION APPARATUS AND SOLAR TOWER SYSTEM INCLUDING THE SAME}

본 발명은 담수화 장치 및 이를 포함하는 태양열 타워 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력을 생산하고, 해수를 담수화하는데 사용될 수 있는 담수화 장치 및 이를 포함하는 태양열 타워 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 담수화 공정은 해수와 담수의 운반, 해수의 전처리 및 담수의 후처리 등에 많은 에너지가 사용된다. 그 중에서도 특히 증발 공정을 통한 담수화는 해수를 증발시키는데 특히 많은 에너지가 필요하여 발전소에서 발전 후 버려지는 폐열을 활용하여 담수화를 수행하는 것이 일반적이다.

그리고, 태양열 타워 시스템은 태양 에너지를 활용한 발전 방법 중의 하나로 태양열을 집열시켜 수집부 아래의 공기의 유동을 만들고, 이를 타워 쪽으로 유도하여 터빈을 회전시켜서 전력을 생산한다.

한편, 이와 같은 태양열 타워 시스템을 적용하는데 있어서 넓은 부지가 필요하기 때문에 중동과 아프리카 지역의 일조량이 강한 사막 지역 등에서 효과가 증대될 수 있는데, 태양열 타워 시스템을 적용하기 좋은 지역은 물이 부족한 경우가 많으므로 태양열 타워 시스템을 적용하기 좋은 지역에서는 안정적인 담수 공급을 위한 담수화 기술 역시 우수한 효과를 발휘할 수 있다.

그러나 태양열 타워 시스템은 기존의 상업용 화력 및 원자력 발전소 등과 비교하면 출력이 매우 작은 편이다. 따라서 태양열 타워 시스템과 접목된 담수화 시스템에서는, 태양열 타워 시스템을 통한 안정적인 에너지 공급과 관련하여 담수화에 사용하는 에너지 소비량을 줄이고, 한정적인 태양 에너지를 활용해서 효율적인 발전과 담수화를 수행하는 기술이 필요할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 최소한의 에너지를 소모하면서 해수를 담수화할 수 있는 담수화 장치 및 이를 포함하는 태양열 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 태양열 시스템에 설치되어 해수를 담수화하는 담수화 장치로써, 해수를 저장하며, 태양열 에너지를 받아서 저장된 해수의 온도를 상승시키는 해수 가열 부재; 상기 해수 가열 부재로부터 해수를 공급받아서 저장하는 적어도 하나의 해수 저장 부재; 상기 해수 저장 부재의 상측에 연통되어 해수가 증발될 수 있는 해수 증발 부재; 및 상기 해수 증발 부재를 감싸도록 형성되고 상기 해수 증발 부재의 상측에 대응되게 위치되어 상기 해수 증발 부재에서 발생된 수증기를 응축시키는 해수 응축부와, 상기 해수 증발 부재를 감싸도록 형성되고 상기 응축부의 하측에 형성되어 상기 해수 응축부에서 응축된 담수를 일시적으로 저장하는 담수 저장부를 포함하는 처리 부재를 포함하는 담수화 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 해수 가열 부재에는 저장된 해수와 격리되면서 상하방향으로 관통된 적어도 하나의 수용부가 형성되고, 상기 해수 증발 부재는 상기 수용부에 수용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수용부는 복수개이고, 상기 복수의 수용부는 상기 해수 가열 부재의 가장자리를 따라 일정 간격마다 위치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 해수 저장 부재는 상기 해수 가열 부재의 측면으로부터 이격되게 위치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 해수 저장 부재는 복수개이고, 상기 복수의 해수 저장 부재에서 서로 인접한 두 개의 해수 저장 부재를 연결하여 어느 하나의 해수 저장 부재로부터 이와 인접한 해수 저장 부재로 해수를 이송하는 이송 라인을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 해수 가열 부재의 상측의 적어도 일부분은 투명한 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 해수 가열 부재의 하측의 적어도 일부분은 단열 가능한 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 해수 가열 부재와 상기 해수 저장 부재를 연결하여 상기 해수 가열 부재의 해수를 상기 해수 저장 부재로 공급하는 적어도 하나의 공급 라인을 포함할 수 있다.

상기 해수 저장 부재는 복수개이며, 상기 공급 라인은 복수개이며, 상기 복수의 공급 라인은 해수 저장 부재 각각에 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 처리 부재의 일측에 설치되어 상기 처리 부재 내부를 진공 상태로 변환하는 진공 부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 처리 부재에서 상기 해수 응축부의 외면에 형성된 적어도 하나의 방열 부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 해수 응축부는 상기 담수 저장부보다 열전달 계수가 높은 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 해수 증발 부재는 상기 담수 저장부보다 열전달 계수가 낮은 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 해수 증발 부재는 상측에서 하측으로 갈수록 두께가 증가될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 내부 공간이 형성되고, 지면 상에 설치된 열 수집 장치; 상기 열 수집 장치의 일측에 연통되어 상기 열 수집 장치 내부에서 가열된 공기가 배출되는 배출 장치; 상기 배출 장치의 내부에 설치되어 가열된 공기에 의해 회전하는 터빈을 포함하며, 상기 터빈의 회전에 의하여 전력을 생산하는 전력 생산 장치; 및 상기 열 수집 장치의 아래에 위치되어 지면에 대해 상기 열 수집 장치를 지지하고, 외부로부터 해수를 공급받아서 담수화하는 담수화 장치를 포함하는 태양열 타워 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 태양열 타워 시스템에 탑재될 수 있다. 태양열 타워 시스템은 담수화 장치로 해수를 담수화하여 담수를 생산할 수도 있고, 태양열로 공기의 유동을 발생시켜서 전력을 생산할 수 있다.

이에 따라, 태양열 타워 시스템이 에너지를 가정이나 건물로 안정적으로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 태양열을 이용하여 담수화를 실시함으로써, 담수화에 사용하는 에너지 소비량을 줄일 수 있다. 그러므로, 기존의 담수화 장비와 비교하여 저비용으로 담수를 생산할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 담수화 장치는 에너지 소모량을 최소화하여 태양열 타워 시스템의 평균 출력에 영향을 주지 않고도 안정적인 해수 담수화를 가능하도록 할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 담수화 장치가 설치될 수 있는 태양열 타워 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 태양열 타워 시스템에서 담수화 장치를 발췌하여 도시한 도면이다.
도 3은 담수화 장치에서 방열 부재가 처리 부재에 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 담수화 장치를 위에서 아래를 향하여 바라본 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 담수화 장치를 도시한 도면이다.
도 6는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 담수화 장치를 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 담수화 장치(100)는 태양열 시스템에 설치되어 해수를 담수화하는 담수화 장치일 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 담수화 장치(100)를 설명하기에 앞서, 담수화 장치(100)가 설치될 수 있는 태양열 타워 시스템(1000)에 대하여 설명하기로 한다.

열 수집 장치(200)는 내부 공간이 형성되고, 지면 상에 설치될 수 있다. 열 수집 장치(200)는 광 투과율이 일정한 값 이상의 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 열 수집 장치(200)는 내열성이 우수한 유리 또는 투명한 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예가 이러한 재료로 한정되는 것은 아니다.

배출 장치(300)는 상기 열 수집 장치(200)의 일측에 연통될 수 있다. 배출 장치(300)는 열 수집 장치(200)의 중앙 부분에 설치될 수 있다. 배출 장치(300)의 형상은 일례로 파이프 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 열 수집 장치(200) 내부에서 가열된 공기가 배출 장치(300)를 통하여 배출될 수 있다.

전력 생산 장치(400)는 상기 배출 장치(300)의 내부에 설치되어 가열된 공기에 의해 회전하는 터빈을 포함할 수 있다. 그리고, 전력 생산 장치(400)는 상기 터빈의 회전에 의하여 전력을 생산할 수 있다. 즉, 전력 생산 장치(400)는 터빈을 회전에 따른 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 생산할 수 있다.

이하에서는 이와 같은 태양열 타워 시스템(1000)의 동작과정을 설명하기로 한다. 우선, 태양열이 열 수집 장치(200)를 통과하여 지면과 열 수집 장치(200) 사이에 있는 공기의 온도를 상승시킬 수 있다. 이러한 공기는 배출 장치(300)에 가까워질수록 온도가 높아질 수 있다. 즉, 온도에 따른 공기의 밀도 차이에 의해 공기의 유동이 열 수집 장치(200)의 가장자리에서 배출 장치(300)로 이동될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 우선적으로 열 수집 장치(200)의 가장자리에서 중앙 부분으로 공기의 유동이 발생하고, 다음으로 배출 장치(300)의 하단에서 상단으로 공기의 유동이 발생할 수 있다. 이러한 공기의 유동을 전력 생산 장치(400)에 포함된 터빈을 회전시키고, 터빈의 회전으로부터 전력을 생산할 수 있다.

이와 같은 태양열 타워 시스템(1000)은 일조량이 부족하여 해수의 온도가 낮을 수 있는 야간에 전력을 생산할 수 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 담수화 장치(100)에 포함된 후술할 해수 가열 부재(110)로 유입된 해수는 태양열을 받아 온도가 상승할 수 있다. 이 때 저장된 열 에너지는 태양 에너지가 공급되지 않는 야간에 방출되어 열 수집 장치(200)의 하단부에서 공기의 유동을 만들어내 전력을 생산하는 데 이용될 수 있다.

담수화 장치(100)는 상기 열 수집 장치(200)의 아래에 위치되어 지면에 대해 상기 열 수집 장치(200)를 지지할 수 있다. 이에 따라, 태양열 타워 시스템(1000)은 열 수집 장치(200)를 지면에 대해 이격시키기 위하여 별도의 기둥을 배치할 필요가 없이, 담수화 장치(100)를 사용하여 열 수집 장치(200)를 지지할 수 있다. 그러므로, 태양열 타워 시스템(1000) 설치 비용을 절감할 수 있다.

이러한 담수화 장치(100)는 외부로부터 해수를 공급받아서 담수화할 수 있다. 태양열 타워 시스템(1000)은 해변인근에 설치될 수 있으며, 담수화 장치(100)는 바다로부터 해수를 공급받을 수 있다.

한편, 담수화 장치(100)는 일조량이 풍부하여 해수의 온도가 높은 주간에 동작될 수 있다. 해수의 온도는 일조량과 태양열 타워 시스템(1000)의 규모에 영향을 받을 수 있으며, 대략 50°C 내지 70°C 정도로 상승할 수 있다. 열 수집 장치(200)에서 배출 장치(300)가 위치한 중심 부분의 해수의 온도가 제일 높기 때문에 이 부분에 위치한 해수가 담수화 장치(100)로 유입되는 것이 담수화 효율을 향상시키는데 있어서 유리할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 담수화 장치(100)는 해수 가열 부재(110, 도1 참조), 해수 저장 부재(120), 해수 증발 부재(130) 및 처리 부재(140)를 포함한다.

해수 가열 부재(110)는 태양열 에너지를 받아서 저장된 해수의 온도를 상승시킬 수 있다. 이러한 해수 가열 부재(110)는 해수면과 동일하거나 해수면 아래에 위치될 수 있다. 이에 따라, 해수 가열 부재(110)가 별도의 동력이 없이 바다로부터 해수를 용이하게 공급받을 수 있다.

한편, 상기 해수 가열 부재(110)의 상측의 적어도 일부분은 투명한 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 해수 가열 부재(110)의 상측은 투명 플라스틱 또는 유리로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 태양광이 해수 가열 부재(110)의 상측을 통하여 용이하게 통과되어 해수 가열 부재(110)에 저장된 해수를 신속하게 가열할 수 있다. 이를 위하여 해수 가열 부재(110)의 상측 전체가 투명한 소재로 이루어질 수도 있다.

상기 해수 가열 부재(110)의 하측의 적어도 일부분은 단열 가능한 소재로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 해수 가열 부재(110)와 지면과의 열교환을 최대한 억제하여 해수 가열 부재(110)가 일정한 에너지를 보유하도록 할 수 있다.

이와 같은 해수 가열 부재(110)의 높이는 출력 평탄화에 따른 전체 전력생산량과 담수화에 필요한 해수의 온도 사이의 관계와 효율을 고려하여 적절히 선택에 따라 결정할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 의한 태양열 타워 시스템은 해수 가열 부재(110)가 구비됨에 따라 생산되는 출력(전력)의 평탄화가 이루어질 수 있다. 즉, 해수의 비열은 땅(지면)에 비해 높기 때문에, 일조량이 많은 주간에 에너지를 해수에 축열하였다가, 일조량이 적은 야간에 축열된 에너지가 공기 유동 측으로 방출되어, 출력의 평탄화가 이루어진다.

해수 저장 부재(120)는 상기 해수 가열 부재(110)로부터 해수를 공급받아서 저장할 수 있다. 이를 위한 담수화 장치(100)는 적어도 하나의 공급 라인(180)을 포함할 수 있다. 공급 라인(180)은 상기 해수 가열 부재(110)와 상기 해수 저장 부재(120)를 연결하여 상기 해수 가열 부재(110)의 해수를 상기 해수 저장 부재(120)로 공급할 수 있다. 이러한 해수 저장 부재(120)는 하나 또는 복수개일 수 있다.

해수 증발 부재(130)는 상기 해수 저장 부재(120)의 상측에 연통될 수 있다. 해수가 해수 증발 부재(130)에서 증발될 수 있다. 해수 증발 부재(130)는 해수 저장 부재(120)로부터 온도가 상승된 해수를 공급 받고, 기 설정된 압력에서 상기 온도가 상승된 해수의 증발을 유도하여 수증기를 발생시킨다. 상기 기 설정된 압력은 다양하게 변형되어 설정될 수 있으며, 비교적 저압인 것이 바람직할 수 있다.

처리 부재(140)는 해수를 응축시킨 담수(W2)를 저장할 수 있다. 이를 위한 처리 부재(140)는 해수 응축부(141)와 담수 저장부(142)를 포함할 수 있다.

해수 응축부(141)는 상기 해수 증발 부재(130)를 감싸도록 형성되고 상기 해수 증발 부재(130)의 상측에 대응되게 위치될 수 있다. 해수 응축부(141)는 상기 해수 증발 부재(130)에서 발생된 수증기를 응축시켜서 담수를 생성할 수 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 해수 증발 부재(130)에서 해수(W1)로부터 수증기가 증발하여 해수 응축부(141) 쪽으로 상승하고, 상대적으로 표면 온도가 낮은 해수 응축부(141)의 벽면과의 열교환을 통하여 에너지를 잃고 담수(W2)로 응축될 수 있다.

이를 위한 해수 응축부(141)는 후술할 담수 저장부(142)보다 열전달 계수가 높은 소재로 이루어질 수 있다. 해수 응축부(141)는 열전도성이 우수한 소재로 이루어져서 수증기의 응축이 신속하게 진행될 수 있다.

해수 응축부(141)의 표면 온도는 열 수집 장치(200)의 아래로 이동되는 공기에 의해 내부의 증기보다 상대적으로 낮은 온도로 유지될 수 있다. 이에 따라 해수의 증발과 응축을 통해 손실될 수 있는 에너지를 다시 이동되는 공기로 전달하여 전력생산에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

이러한 해수 응축부(141)는 태양열 타워 시스템(1000)에서 해수 가열 부재(110)와 열 수집 장치(200) 사이의 공간에 위치될 수 있다. 즉, 해수 응축부(141)는 해수 가열 부재(110)와 열 수집 장치(200) 사이에서 공기가 유동되는 부분에 위치될 수 있다.

담수 저장부(142)는 상기 해수 증발 부재(130)를 감싸도록 형성되고 상기 응축부의 하측에 형성될 수 있다. 해수 응축부(141)에서 응축된 담수는 담수 저장부(142)의 벽면을 타고 흘러내려서 해수와 분리될 수 있다. 담수 저장부(142)는 상기 해수 응축부(141)에서 응축된 담수를 일시적으로 저장할 수 있다. 해수 응축부(141)와 담수 저장부(142)는 기둥형상이면서 일체형으로 이루어질 수 있다.

한편, 처리 부재(140)는 담수 배출관(143)을 포함할 수 있다. 담수 배출관(143)은 담수 저장부(142)의 일측에 연통될 수 있다. 담수 배출관(143)은 담수 저장부(142)에 저장된 담수를 외부로 배출할 수 있다.

한편, 전술한 상기 해수 증발 부재(130)는 상기 담수 저장부(142)보다 열전달 계수가 낮은 소재로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 담수 저장부(142)에 저장된 담수에 의해 해수 증발 부재(130)에서 열손실이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 해수 가열 부재(110)에 인접한 부분의 공기 유동으로부터 받는 영향도 최소화할 수 있다. 그리고, 이를 위하여 상기 해수 증발 부재(130)는 상측에서 하측으로 갈수록 두께가 증가되는 것도 가능할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 담수화 장치(100)는 진공 부재(150)를 더 포함할 수 있다.

진공 부재(150)는 상기 처리 부재(140)의 일측에 설치되어 상기 처리 부재(140) 내부를 진공 상태로 변환할 수 있다. 진공 부재(150)는 일례로 진공 펌프일 수 있다. 진공 펌프는 처리 부재(140)의 내부의 압력을 낮출 수 있다.

일반적으로 압력이 낮아지면 물의 포화 온도 역시 낮아지게 될 수 있다. 따라서, 1기압의 끓는점인 100°C에 도달하지 못한 해수라 하더라도 해수 증발 부재(130)에서 증발이 가능할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 담수화 장치(100)는 적어도 하나의 방열 부재(170)를 더 포함할 수 있다.

방열 부재(170)는 상기 처리 부재(140)에서 상기 해수 응축부(141)의 외면에 형성될 수 있다. 방열 부재(170)는 해수 응축부(141)의 열이 외부로 방출되게 함으로써, 해수 응축부(141)에서 해수의 응축이 더욱 신속하게 진행되도록 할 수 있다. 따라서, 시간당 더욱 많은 양의 수증기가 응축될 수 있다. 이를 위한 방열 부재(170)의 소재는 일례로 열전달이 용이한 구리 또는 알루미늄 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 담수화 장치(100)를 더욱 상세하게 설명하면, 상기 해수 가열 부재(110)에는 저장된 해수와 격리되면서 상하방향으로 관통된 적어도 하나의 수용부(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 해수 증발 부재(130)는 상기 수용부에 수용될 수 있다.

이때, 상기 수용부는 복수개이고, 상기 복수의 수용부는 상기 해수 가열 부재(110)의 가장자리를 따라 일정 간격마다 위치될 수 있다. 즉, 해수 증발 부재(130)는 열 수집 장치(200)의 아래에 위치되어 일정 간격마다 위치될 수 있다. 이와 같이 담수화 장치(100)가 열 수집 장치(200) 아래 공간에서 온도가 상대적으로 가장 낮은 열 수집 장치(200)의 외각 부근에 위치됨으로써, 해수 응축부(141)에서 수증기의 응축이 신속하게 이루어져서 담수가 빠르게 생성될 수 있다.

그리고, 후술할 담수화 장치(100)에 포함된 상기 해수 저장 부재(120)는 복수개일 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 담수화 장치(100)는 이송 라인(160)을 포함할 수 있다. 이송 라인(160)은 상기 복수의 해수 저장 부재(120)에서 서로 인접한 두 개의 해수 저장 부재(120A, 120B)를 연결할 수 있다. 이송 라인(160)은 해수를 어느 하나의 해수 저장 부재(120A)로부터 이와 인접한 해수 저장 부재(120B)로 이송할 수 있다.

한편, 복수의 해수 저장 부재(120)에서 해수 가열 부재(110)에서 가장 우선적으로 해수를 공급받은 어느 하나의 해수 저장 부재(120)는 다른 해수 저장 부재(120)들보다 저장된 해수의 온도가 높으며 염도는 가장 낮을 수 있다. 그리고, 인접한 해수 저장 부재(120)로 갈수록 해수의 온도는 점차 낮아지고 염도는 점차 증가될 수 있다.

또한, 복수의 해수 저장 부재(120)에서 해수 가열 부재(110)에서 다른 해수 저장 부재(120)들을 모두 지나고 가장 마지막으로 해수를 공급받는 해수 저장 부재(120)에 저장된 해수의 온도는 가장 낮으며 염도는 가장 높을 수 있다.

담수화 장치(100) 하나에서 회수할 수 있는 담수의 양은 한정될 수 있다. 그리고, 담수화에 사용된 해수는 일부가 증발된 이후에도 에너지를 가질 수 있으므로, 담수화에 사용되는 에너지를 효율적으로 사용하기 위하여 담수화 장치(100) 다수개가 여러 단계로 이어져서 담수화를 수행할 수 있도록 구성하는 것이 담수 효과를 높일 수 있다. 이와 같이 서로 연결된 담수화 장치(100)들의 단계 수는 태양열 타워 시스템(1000)의 출력과 목적으로 하는 담수의 양을 고려하여 선택에 따라 결정할 수 있다.

복수의 담수화 장치(100)가 설치되는 위치는 태양열 타워 시스템(1000)의 크기에 따라 다양하게 변경될 수 있으므로, 특정 위치로 한정하지는 않는다.

한편, 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 담수화 장치(100A)에 포함된 상기 해수 저장 부재(120)는 상기 해수 가열 부재(110)의 측면으로부터 이격되게 위치된 것도 가능할 수 있다. 즉, 해수 가열 부재(110)에 수용부가 형성되어 있지 않으며, 해수 저장 부재(120)가 해수 가열 부재(110)의 둘레로부터 좌우방향으로 멀어지는 방향을 향하여 일정 거리 이격되게 위치될 수 있다. 이러한 담수화 장치(100)는 제조과정에서 해수 가열 부재(110)에 수용부를 형성하지 않아도 됨으로써, 해수 가열 부재(110)의 제조가 용이하게 이루어질 수 있다.

여기서, 담수화 장치(100A)는 이송 라인(160)에 설치된 펌프(P)를 더 포함할 수 있다. 펌프(P)는 이송 라인(160)을 따라 이동하는 해수를 펌핑하여 해수가 더욱 신속하게 이송되게 함으로써, 해수가 가장 마지막에 공급되는 해수 저장 부재(120)의 해수의 온도가 급격하게 낮아지는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 담수화 장치(100B)에 포함된 공급 라인(180)은 복수개일 수 있다. 그리고, 상기 복수의 공급 라인(180)은 해수 저장 부재(120) 각각에 연결될 수 있다.

이때, 담수화 장치(100B)는 이송 라인(160)은 포함하지 않으며, 해수 가열 부재(110)에서 가열된 해수가 공급 라인(180)을 통하여 각각의 해수 저장 부재(120)로 바로 공급될 수도 있다. 이와 같은 담수화 장치(100B)는 고온의 해수가 해수 저장 부재(120) 각각에 공급되어 해수 증발 부재(130)에서 증발이 이루어짐으로써, 전술한 실시예에 따른 담수화 장치(100B)보다 증발이 더욱 신속하게 실시될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 담수화 장치(100)는 태양열 타워 시스템(1000)에 탑재될 수 있다. 태양열 타워 시스템(1000)은 담수화 장치(100)로 해수를 담수화하여 담수를 생산할 수도 있고, 태양열로 공기의 유동을 발생시켜서 전력을 생산할 수 있다.

이에 따라, 태양열 타워 시스템(1000)이 에너지를 가정이나 건물로 안정적으로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 태양열을 이용하여 담수화를 실시함으로써, 담수화에 사용하는 에너지 소비량을 줄일 수 있다. 그러므로, 기존의 담수화 장비와 비교하여 저비용으로 담수를 생산할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 담수화 장치(100)는 에너지 소모량을 최소화하여 태양열 타워 시스템(1000)의 평균 출력에 영향을 주지 않고도 안정적인 해수 담수화를 가능하도록 할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1000: 태양열 타워 시스템
100: 담수화 장치 110: 해수 가열 부재
120: 해수 저장 부재 130: 해수 증발 부재
140: 처리 부재 141: 해수 응축부
142: 담수 저장부 150: 진공 부재
170: 방열 부재 180: 공급 라인
200: 열 수집 장치 300: 배출 장치
400: 전력 생산 장치

Claims

태양열 시스템에 설치되어 해수를 담수화하는 담수화 장치에 있어서,
해수를 저장하며, 태양열 에너지를 받아서 저장된 해수의 온도를 상승시키는 해수 가열 부재;
상기 해수 가열 부재로부터 해수를 공급받아서 저장하는 적어도 하나의 해수 저장 부재;
상기 해수 저장 부재의 상측에 연통되어 해수가 증발될 수 있는 해수 증발 부재; 및
상기 해수 증발 부재를 감싸도록 형성되고 상기 해수 증발 부재의 상측에 대응되게 위치되어 상기 해수 증발 부재에서 발생된 수증기를 응축시키는 해수 응축부와, 상기 해수 증발 부재를 감싸도록 형성되고 상기 응축부의 하측에 형성되어 상기 해수 응축부에서 응축된 담수를 일시적으로 저장하는 담수 저장부를 포함하는 처리 부재;를 포함하는 담수화 장치.
제1항에 있어서,
상기 해수 가열 부재에는 저장된 해수와 격리되면서 상하방향으로 관통된 적어도 하나의 수용부가 형성되고,
상기 해수 증발 부재는 상기 수용부에 수용된 담수화 장치.
제2항에 있어서,
상기 수용부는 복수개이고, 상기 복수의 수용부는 상기 해수 가열 부재의 가장자리를 따라 일정 간격마다 위치된 담수화 장치.
제1항에 있어서,
상기 해수 저장 부재는 상기 해수 가열 부재의 측면으로부터 이격되게 위치된 담수화 장치.
제1항에 있어서,
상기 해수 저장 부재는 복수개이고,
상기 복수의 해수 저장 부재에서 서로 인접한 두 개의 해수 저장 부재를 연결하여 어느 하나의 해수 저장 부재로부터 이와 인접한 해수 저장 부재로 해수를 이송하는 이송 라인을 포함하는 담수화 장치.
제1항에 있어서,
상기 해수 가열 부재의 상측의 적어도 일부분은 투명한 소재로 이루어진 담수화 장치.
제1항에 있어서,
상기 해수 가열 부재의 하측의 적어도 일부분은 단열 가능한 소재로 이루어진 담수화 장치.
제1항에 있어서,
상기 해수 가열 부재와 상기 해수 저장 부재를 연결하여 상기 해수 가열 부재의 해수를 상기 해수 저장 부재로 공급하는 적어도 하나의 공급 라인을 포함하는 담수화 장치.
제8항에 있어서,
상기 해수 저장 부재는 복수개이며,
상기 공급 라인은 복수개이며, 상기 복수의 공급 라인은 해수 저장 부재 각각에 연결된 담수화 장치.
제1항에 있어서,
상기 처리 부재의 일측에 설치되어 상기 처리 부재 내부를 진공 상태로 변환하는 진공 부재를 더 포함하는 담수화 장치.
제1항에 있어서,
상기 처리 부재에서 상기 해수 응축부의 외면에 형성된 적어도 하나의 방열 부재를 더 포함하는 담수화 장치.
제1항에 있어서,
상기 해수 응축부는 상기 담수 저장부보다 열전달 계수가 높은 소재로 이루어진 담수화 장치.
제1항에 있어서,
상기 해수 증발 부재는 상기 담수 저장부보다 열전달 계수가 낮은 소재로 이루어진 담수화 장치.
제1항에 있어서,
상기 해수 증발 부재는 상측에서 하측으로 갈수록 두께가 증가될 수 있는 담수화 장치.
내부 공간이 형성되고, 지면 상에 설치된 열 수집 장치;
상기 열 수집 장치의 일측에 연통되어 상기 열 수집 장치 내부에서 가열된 공기가 배출되는 배출 장치;
상기 배출 장치의 내부에 설치되어 가열된 공기에 의해 회전하는 터빈을 포함하며, 상기 터빈의 회전에 의하여 전력을 생산하는 전력 생산 장치; 및
상기 열 수집 장치의 아래에 위치되어 지면에 대해 상기 열 수집 장치를 지지하고, 외부로부터 해수를 공급받아서 담수화하는 담수화 장치;를 포함하며,
상기 담수화 장치는 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 담수화 장치인 태양열 타워 시스템.