KR101262752B1 - 해수의 담수화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수의 담수화 장치에 관한 것으로, 해수를 증기와 온수로 변환하도록 태양열을 이용하여 상기 해수를 가열하는 가열기와, 상기 가열기에 의해 변환된 상기 증기와 상기 온수를 분리하는 분리기를 포함하며, 상기 가열기는, 하나의 초점을 향하여 태양광을 반사시키는 파라볼릭 형상의 반사렌즈; 및 상기 반사렌즈에 의해 반사된 상기 태양광의 열 에너지에 의해 상기 해수가 가열되도록, 상기 반사렌즈의 초점이 위치하는 지점에 상기 해수가 일시적으로 머무를 수 있도록 상기 해수를 일시적으로 수용하는 변환용기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

해수의 담수화 장치 {DESALINATION APPARATUS OF SEA WATER}

본 발명은 해수의 담수화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양 에너지를 이용함으로써 설비 및 유지 보수에 따른 비용을 줄이는 동시에 담수화하는데 필요한 에너지를 자체적으로 해결하여 경제적이고 효율적인 해수의 담수화 장치에 관한 것이다.

물은 인간의 가장 중요한 천연 자원으로써, 지구 표면의 약 75％를 덮고 있다. 지구상에 존재하는 물의 약 97％는 바다에 있고, 나머지 3％ 중의 약 2/3는 극 지방의 만년설이나 빙하로 존재한다.

그러나 바다 또는 극지방의 만년설이나 빙하로 존재하는 해수는 인간의 생활용수나 산업용수로 이용하기에는 염도가 너무 높은바, 실제로 인간이 생활에 이용할 수 있는 담수는 매우 적다.

더욱이, 오늘날에는 계속하여 증가되고 있는 산업화와 이에 따른 환경오염으로 인해 인간의 생활에 이용할 수 있는 담수는 점차 그 양이 줄어들고 있으며, 이로 인해 담수 부족 및 고갈 현상이 점차 증가하고 있다.

따라서 이러한 담수 부족 및 고갈 현상을 해결하기 위한 방안으로서, 전술한 바와 같이 많은 양의 해수를 담수로 전환하기 위한 방안이 모색되고 있으며, 이러한 방안을 구현하기 위하여 다양한 해수의 담수화 장치가 개발되고 있다.

이러한 해수의 담수화 장치는 역삼투법을 이용한 장치와 전기 투석법을 이용한 장치 및 증류법을 이용한 장치로 대별될 수 있다. 이 중에서, 많은 양의 해수를 비교적 빨리 담수화할 수 있다는 이점으로 인해, 증류법을 이용한 해수의 담수화 장치가 약 70％ 이상을 차지하고 있다.

하지만, 이러한 증류법을 이용한 해수의 담수화 장치는 설치 및 유지 보수에 따른 비용이 과다하게 소요될 수 있다는 점에서 비경제적이며, 담수화하는데 필요한 에너지를 외부로부터 공급받아야 한다는 점에서 비효율적인 측면이 있다.

본 발명의 기술적 과제는, 태양 에너지를 이용함으로써 설비 및 유지 보수에 따른 비용을 줄이는 동시에 담수화하는데 필요한 에너지를 자체적으로 해결하여 경제적이고 효율적인 해수의 담수화 장치를 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제는, 본 발명에 따라, 해수를 증기와 온수로 변환하도록 태양열을 이용하여 상기 해수를 가열하는 가열기와, 상기 가열기에 의해 변환된 상기 증기와 상기 온수를 분리하는 분리기를 포함하는 해수의 담수화 장치에 의하여 달성될 수 있는데, 이때 상기 가열기는, 하나의 초점을 향하여 태양광을 반사시키는 파라볼릭 형상의 반사렌즈; 및 상기 반사렌즈에 의해 반사된 상기 태양광의 열 에너지에 의해 상기 해수가 가열되도록, 상기 반사렌즈의 초점이 위치하는 지점에 상기 해수가 일시적으로 머무를 수 있도록 상기 해수를 일시적으로 수용하는 변환용기;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 가열기에 있어서, 상기 변환용기의 하측면에는 상기 해수를 상기 변환용기로 유입시키는 유입관이 연결될 수 있으며, 상기 변환용기의 상단면에는 상기 태양광의 열 에너지에 의해 가열된 상기 해수 또는 가열되어 변환된 상기 증기와 상기 온수를 상기 변환용기로부터 배출시키는 배출관이 연결될 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 변환용기의 하단면은 투명판으로 형성될 수 있으며, 상기 반사렌즈에 의해 반사된 상기 태양광이 상기 투명판을 통과하여 상기 변환용기 내부로 조사될 때, 상기 변환용기 내부로 조사되는 태양광을 채광하기 위한 태양광 수광부가 상기 변환용기 내부에 마련될 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치는, 상기 태양광 수광부에 의해 채광된 태양광을 전기 에너지로 변환하여 저장하는 변환 축전기를 더 포함하여 구성될 수 있다.

아울러, 상기 태양광 수광부는, 상기 반사렌즈에 대향하는 일단부의 단면적이 상기 태양광 수광부와 상기 변환 축전기를 연결하는 케이블이 장착되는 타단부의 단면적보다 넓도록, 테이퍼진 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치에 있어서, 상기 분리기는, 상기 해수를 가열함으로써 변환시킨 상기 증기 및 상기 온수 또는 상기 변환용기에서 가열된 해수를 상기 배출관을 통해 배출된 이후에 수용하는 수용부; 상기 수용부에 수용된 상기 온수 및 상기 해수가 중력에 의하여 하측으로 배출되도록 개방된 제1 배출공; 상기 수용부에 수용된 상기 증기가 상기 증기가 갖고 있는 증기압에 의하여 상측으로 배출되도록 개방된 제2 배출공; 및 상기 제2 배출공으로 배출되는 상기 증기가 상기 제1 배출공으로 배출되는 것을 차단하는 차단체;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치는, 상기 배출관과 상기 분리기 사이에 마련되어, 상기 해수를 가열함으로써 변환시킨 상기 증기 및 상기 온수 또는 상기 변환용기에서 가열된 해수가 상기 배출관을 통해 배출된 이후에 일시적으로 저장되는 저장용기를 더 포함하여 구성될 수 있는데, 이때, 상기 저장용기의 일측에는 상기 저장용기에 저장된 상기 증기 및 상기 온수 또는 상기 해수의 온도를 측정하는 온도감지센서가 마련될 수 있으며, 상기 저장용기에는 상기 온도감지센서에서 측정된 온도가 기설정된 온도 이상일 때, 상기 분리기로 상기 저장용기에 저장된 상기 증기 및 상기 온수 또는 상기 해수가 흐를 수 있도록 개방되는 제1 밸브가 연결될 수 있고, 상기 제1 밸브가 폐쇄되어 있을 때, 상기 저장용기에 저장된 상기 증기 및 상기 온수 또는 상기 해수가 상기 유입관으로 흐를 수 있도록 회송관이 연결될 수 있다.

이때, 상기 제1 밸브는 상기 온도감지센서와 연동하는 솔레노이드 밸브로 형성될 수 있으며, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 변환 축전기에 저장된 상기 전기 에너지를 전원으로 하여 구동될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치는, 상기 유입관을 통해 상기 변환용기로 상기 해수를 유입시키기 이전에 일시적으로 상기 해수를 저장하는 해수 수집조를 더 포함하여 구성될 수 있는데, 이때 상기 해수 수집조 내부에는 상기 해수 수집조에 저장된 상기 해수의 양을 측정하기 위한 수위감지센서가 마련될 수 있으며, 상기 수위감지센서에서 측정된 상기 해수의 양이 기설정된 양 이하일 때, 외부로부터 새로운 해수를 유입할 수 있도록 개방되는 제2 밸브가 연결될 수 있다.

이때, 상기 제2 밸브는 상기 수위감지센서와 연동하는 솔레노이드 밸브로 형성될 수 있으며, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 변환 축전기에 저장된 상기 전기 에너지를 전원으로 하여 구동될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치에 있어서, 상기 가열기는 복수 개 마련될 수 있으며, 상기 가열기 각각은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.

즉, 상기 가열기가 직렬로 연결되도록, 상기 복수 개의 가열기 중 제1 가열기에 마련된 변환용기에 연결되는 배출관이 제2 가열기에 마련된 변환용기에 연결되는 유입관이 되도록, 상기 제1 가열기에 마련된 변환용기와 상기 제2 가열기에 마련된 변환용기가 연결관으로 연결되도록 구성할 수 있다.

반면, 상기 가열기가 병렬로 연결되도록, 상기 복수 개의 가열기 중 제1 가열기에 마련된 변환용기에 연결되는 유입관과 제2 가열기에 마련된 변환용기에 연결되는 유입관이 서로 연통되고, 상기 제1 가열기에 마련된 변환용기에 연결되는 배출관과 상기 제2 가열기에 마련된 변환용기에 연결되는 배출관이 서로 연통되도록 구성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수의 담수화 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가열기를 확대하여 도시한 절개 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 분리기의 일부를 절개하여 도시한 절개 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 해수 수집조의 일부를 절개하여 도시한 절개 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치의 일 실시예의 전반적인 구성을 설명한다.

여기서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수의 담수화 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가열기를 확대하여 도시한 절개 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 분리기의 일부를 절개하여 도시한 절개 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 해수 수집조의 일부를 절개하여 도시한 절개 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치의 일 실시예는, 가열기(100), 분리기(200), 유입관(300), 배출관(400), 변환 축전기(500) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

가열기(100)는 해수를 증기와 온수로 변환하도록 상기 해수를 가열하는 구성요소이다. 즉, 가열기(100)는 상기 해수를 가열함으로써 염분 함유량이 적은 증기를 상기 해수로부터 분리하는 역할을 한다.

이러한 가열기(100)는 다양한 방법으로 구성될 수 있는데, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치의 일 실시예에 포함되는 가열기(100)는 태양열을 이용하여 해수를 가열할 수 있도록, 도 2에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.

즉, 가열기(100)는 반사렌즈(110), 변환용기(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 반사렌즈(110)는 후술할 변환용기(120)를 향하여 태양광이 조사(irradiation)될 수 있도록 상기 태양광을 반사하는 역할을 하는 구성요소이다. 이러한 역할을 하기 위해서, 반사렌즈(110)는 오목한 곡면을 갖는 파라볼릭(parabolic) 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 반사렌즈(110)는 상부가 개방되고 단면이 포물선인 반구 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 이와 같이 형성된 반사렌즈(110)는 반사된 태양광이 집중되는 하나의 초점을 구비한다. 또한, 반사렌즈(110)는 하부가 오목하게 형성되어 있어, 좌우측으로 흔들릴 가능성이 있는바, 이를 고정시켜주는 받침대(910)가 마련될 수 있으며, 도시되지는 않았지만, 받침대(910)는 태양이 이동하는 경로를 고려하여 이동되도록 구성될 수도 있다.

한편, 변환용기(120)는 반사렌즈(110)에 의해 조사된 태양광의 열 에너지에 의해 해수가 가열될 수 있도록, 반사렌즈(110)의 초점이 위치하는 지점에 해수가 머무르도록 하는 구성요소이다. 즉, 변환용기(120)는 반사렌즈(110)의 초점이 위치하는 지점에 해수를 일시적으로 수용하는 역할을 한다. 이러한 변환용기(120)는 해수를 일시적으로 수용하기만 하면 어떠한 형상으로 형성되어도 무방하나, 제조상의 편의를 위하여 내부가 비어 있는 원통 형상으로 형성되는 것이 유리하다.

이와 같이 구성될 수 있는 가열기(100)에는, 해수가 유입되고 가열된 해수 또는 해수가 가열되어 변환된 증기와 온수가 배출될 수 있도록, 유입관(300) 및 배출관(400)이 연결된다.

이때, 가열기(100)에 유입관(300) 및 배출관(400)을 연결하는 방법은 다양하게 있을 수 있으나, 구체적인 설명을 위하여, 도 2에 도시된 것을 일례로 들어 설명한다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 해수를 변환용기(120)로 유입시키는 유입관(300)을 변환용기(120)의 하측면에 연결시킬 수 있으며, 가열된 해수 또는 변환된 증기 및 온수를 변환용기(120)로부터 배출시키는 배출관(400)을 변환용기(120)의 상단면에 연결시킬 수 있다. 이는 변환용기(120)에서 가열된 해수는 가열되지 않은 해수에 비하여 변환용기(120)의 상측에 위치하며, 변환된 증기 및 온수는 변환되지 않은 해수보다 변환용기(120)의 상측에 위치하기 때문이다.

한편, 후술하는 바와 같이 가열기(100)를 다수 구비하여 서로 연결하여 사용될 수 있도록, 비록 도시되지는 않았지만, 가열기(100)에 연결되는 유입관(300) 및 배출관(400)은 착탈가능하게 결합되도록 구성될 수 있으며, 각 단부가 서로 연통될 수 있도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치의 일 실시예에 포함되는 가열기(100)는 태양광 수광부(150)를 더 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이 반사렌즈(110)를 통해 조사된 태양광이 갖고 있는 에너지는 변환용기(120)에 일시적으로 수용되는 해수를 가열하기 위한 열 에너지만을 갖고 있는 것이 아니다. 즉, 태양광은 열 에너지뿐만 아니라, 전기 에너지로 변환할 수 있는 광 에너지도 갖고 있다.

따라서, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치의 일 실시예는 반사렌즈(110)로부터 조사된 태양광을 해수를 가열하기 위한 열 에너지원으로서만 이용하지 않고, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치의 일 실시예의 다른 구성요소를 구동하기 위한 광 에너지원으로서도 이용하게 되는데, 이때 필요한 구성요소가 바로 태양광 수광부(150)이다.

이러한 태양광 수광부(150)는 반사렌즈(110)의 초점 위치에 배치되는 것이 효율적인 측면에서 유리하므로, 반사렌즈(110)의 초점 위치에 전술한 바와 같이 이미 배치된 변환용기(120)와의 관계를 고려하여야 할 것이다.

이와 관련하여, 반사렌즈(110)의 초점 위치에 변환용기(120)와 태양광 수광부(150)를 함께 배치하는 방법은 다양하게 제안될 수 있을 것이다. 그러나 더욱 구체적인 설명을 위하여, 도 2에 도시된 일 형태로 예를 들어 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 변환용기(120)의 하단면을 투명판(130)으로 형성하고, 태양광 수광부(150)를 변환용기(120)의 내부에 마련할 수 있다.

이와 같이 태양광 수광부(150)를 구성하는 경우, 태양광이 장시간 태양광 수광부(150)에 조사되더라도 태양광 수광부(150)는 손상되지 않도록 하는 장점이 있다. 즉, 반사렌즈(110)에 의해 반사되는 태양광이 직접적으로 태양광 수광부(150)로 조사되지 않고, 해수를 통해 태양광의 적외선 성분을 필터링하여 조사되기 때문에, 태양광이 장시간 태양광 수광부(150)에 조사되더라도 태양광 수광부(150)는 손상되지 않게 된다.

이러한 태양광 수광부(150)는 단순한 원통 형상으로 형성될 수도 있으나, 태양광을 채광하는 효율을 높이기 위하여 하측으로 테이퍼(taper)진 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 태양광 수광부(150)는 반사렌즈(110)에 대향하는 일단부의 단면적이 태양광 수광부(150)와 변환 축전기(500)를 연결하는 케이블(152)이 장착되는 타단부의 단면적보다 넓도록 형성될 수 있다.

한편, 이러한 태양광 수광부(150)에 의해 변환된 전기 에너지는 후술하는 바와 같이, 저장용기(600) 또는 해수 수집조(800)에 각각 마련된 제1 밸브(620) 또는 제2 밸브(820)를 구동하는데 곧바로 제공될 수 있다. 하지만 제1 밸브(620) 또는 제2 밸브(820)는 후술하는 바와 같이 기설정된 조건을 만족하여야 작동하게 되므로, 태양광 수광부(150)에 의해 변환된 전기 에너지는 태양광 수광부(150)으로부터 연장된 케이블(152)을 통해 변환 축전기(500)에 저장하여 두는 것이 유리하다.

한편, 해수를 담수화하는 속도 및 양을 조절하는데 가장 중요한 조절 변수인 가열기(100)에서 가열되는 속도 및 가열되는 해수의 양은, 반사렌즈(110), 변환용기(120), 태양광 수광부(150)와 같이 가열기(100)를 구성하는 각각의 구성요소의 길이 및 너비를 조정함으로써, 조절할 수 있다.

그러나 이와 같이 가열기(100)를 구성하는 각각의 구성요소의 길이 및 너비를 조정하는 것은, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치의 일 실시예가 설치되는 장소 및 위치에 따라 불가능할 수도 있다는 문제가 있을 수 있다.

따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여, 가열기(100) 복수 개 마련하고, 각각의 가열기(100)를 연결하는 방안을 구현할 수 있다. 그런데, 단순히 각각의 가열기(100)를 연결하는 것이 아니라, 각각의 가열기(100)에 의해 가열되는 해수의 흐름이 끊어지지 않도록 연결하여야 하므로, 가열기(100)를 연결하는 방안은 변환용기(120)를 연결하는 방법에 따라 직렬 연결과 병렬 연결 두 가지 방안이 있을 것이다.

구체적으로, 복수 개의 가열기(100)를 직렬로 연결한다는 것은 가열기(100) 각각에 마련된 변환용기(120)를 직렬로 연결한다는 것을 의미한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수 개의 가열기(100) 중 제1 가열기(100a)에 마련된 변환용기(120)와 연결된 배출구(124)는 제2 가열기(100b)에 마련된 변환용기(120)와 연결된 유입관(300)이 될 수 있도록, 제1 가열기(100a)에 마련된 변환용기(120)와 제2 가열기(100b)에 마련된 변환용기(120)는 서로 연결관(900)으로 연결된다. 다시 말해서, 연결관(900)은 제1 가열기(100a)에 마련된 변환용기(120)와 연결된 배출구(124)이자, 제2 가열기(100b)에 마련된 변환용기(120)와 연결된 유입관(300)이 된다.

도 1에 있어서는, 후술할 해수 수집조(800)에 제일 인접한 가열기(100) - 도 1에서는 제1 가열기(100a)에 해당 - 의 변환용기(120)는 해수 수집조(800)와 회송관(700)과 연통하는 유입관(300)과 연결되고, 후술할 분리기(200)에 제일 인접한 가열기(100) - 도 1에서는 제3 가열기(100c)에 해당 - 의 변환용기(120)는 분리기(200)와 연통하는 배출관(400)과 연결될 것이다. 또한 제1 가열기(100a)와 제3 가열기(100c) 사이에 배치된 제2 가열기(100b)는 연결관(900)으로 제1 가열기(100a)와 제3 가열기(100c)와 연결된다.

여기서, 제1 가열기(100a), 제2 가열기(100b), 제3 가열기(100c)는 반드시 순차적인 의미를 가지고 있는 것이 아니며, 가열기(100)와 실질적으로 동일한 구성요소를 포함한다.

이와 같이 가열기(100) 각각에 형성된 변환용기(120)를 직렬로 연결하면, 해수가 가열되는 시간이 길어지므로, 후술할 회송관(700)을 따라 회송될 해수의 양이 감소되기 때문에, 해수를 담수화하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있으며, 이로 인해 해수를 담수화하는 속도를 증가시킬 수 있을 것이다.

반면, 복수 개의 가열기(100)를 병렬로 연결한다는 것은 가열기(100) 각각에 형성된 변환용기(120)를 병렬로 연결한다는 것을 의미한다. 즉, 도면으로 도시되지는 않았지만, 복수 개의 가열기(100) 중 제1 가열기에 마련된 변환용기(120)에 연결되는 유입관(300)과 제2 가열기에 마련된 변환용기(120)에 연결되는 유입관(300)이 서로 연통되고, 제1 가열기에 마련된 변환용기(120)에 연결되는 배출관(400)과 제2 가열기에 마련된 변환용기(120)에 연결되는 배출관(400)이 서로 연통되도록 하여 연결할 수 있다.

여기서, 제1 가열기 및 제2 가열기도 반드시 순차적인 의미를 갖는 것이 아니며, 가열기(100)와 실질적으로 동일한 구성요소를 포함한다.

이와 같이 가열기(100) 각각에 형성된 변환용기(120)를 병렬로 연결하면, 가열되는 해수의 양이 많아지므로, 해수를 담수화하는 양을 늘릴 수 있을 것이다.

그런데, 이와 같이 가열기(100)를 병렬로 연결하는 경우에는, 가열기(100)를 직렬로 연결하는 경우와 달리, 해수를 담수화하는 양이 늘어남으로 인해 후술할 분리기(200), 저장용기(600) 등의 구성요소의 크기 또한 조절할 필요가 있을 수 있다. 하지만 해수의 담수화하는 양을 늘릴 필요가 있을 큰 경우에는 다른 구성요소의 크기를 조절하는 것이 전술한 바와 같이 가열기(100)를 구성하는 각 구성요소의 크기를 조절하는 것보다는 용이할 수 있을 것이다.

한편, 분리기(200)는, 전술한 바와 같은 가열기(100)와 함께 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치의 일 실시예를 구성하는 일 구성요소로서, 가열기(100)에 의해 변환된 증기와 온수를 서로 분리시키는 역할을 한다.

이러한 분리기(200)는 가열기(100)에 의해 변환된 증기와 온수를 서로 분리시킬 수 있다면 어떠한 구성을 갖더라도 무방하다. 그러나 더욱 구체적인 설명을 위하여 도 3에 도시된 분리기(200)를 일례로 들어 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 분리기(200)는 수용부(210), 제1 배출공(220), 제2 배출공(240), 차단체(230)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 수용부(210)는 배출관(400)과 연결되어, 배출관(400)을 통해 배출된 해수를 가열함으로써 변환시킨 증기 및 온수 또는 변환용기(120)에서 가열된 해수를 일시적으로 수용하는 구성요소이다. 이러한 수용부(210)는 배출관(400)과, 후술할 제1 배출공(220) 및 제2 배출공(240)이 연결되는 일종의 하우징으로, 내부에는 후술할 차단체(230)가 구비된다.

한편, 제1 배출공(220)은 수용부(210)에 수용된 온수 및 해수가, 중력에 의하여 배출되도록, 수용부(210)의 하측에 개방된 구성요소이다. 즉, 제1 배출공(220)은 담수화되지 않은 온수 또는 해수를 분리시키는 구성요소로서, 후술할 회송관(700)이 연결된다.

반면, 제2 배출공(240)은 수용부(210)에 수용된 증기가, 상기 증기가 갖고 있는 증기압에 의하여 배출되도록, 수용부(210)의 상 즉, 제2 배출공(240)은 담수화된 증기를 분리시키는 구성요소로서, 사용처(미도시)와 연결된다.

한편, 차단체(230)는 제2 배출공(240)으로 배출되는 증기가 제1 배출공(220)으로 배출되는 것을 차단하기 위하여 마련된 구성요소이다. 이러한 차단체(230)는 수용부(210)의 내부에 마련되는데, 수용부(210) 내부에서 온수와 변환되지 않은 해수에 증기가 다시 혼합되는 것을 방지하도록 격벽 형태로 구성될 수 있다. 즉, 수용부(210)에 수용된 증기는 온수와 변환되지 않은 해수보다 가볍기 때문에 수용부(210)의 상측에 위치하게 되는데, 증기가 수용부(210)의 상측에 위치한 이후에는 다시 수용부(210)의 하측으로 내려오는 것이 차단체(230)에 의하여 차단되므로, 증기는 온수와 변환되지 않은 해수와 혼합되지 않게 되는 것이다.

전술한 바와 같이 구성될 수 있는 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치의 일 실시예는, 가열기(100) 및 분리기(200) 이외에도, 저장용기(600), 회송관(700), 해수 수집조(800)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 저장용기(600)는 변환용기(120)와 분리기(200) 사이에 마련되어, 해수를 가열함으로써 변환시킨 증기 및 온수 또는 가열된 해수를, 분리기(200)에서 분리할 수 있을 정도로 충분히 해수가 가열되었는지를 판단하기 이전에, 일시적으로 저장되는 구성요소이다. 즉, 저장용기(600)는 분리기(200)에 증기 및 온수로 변환되지 않고 가열만 된 많은 양의 해수가 분리기(200)로 유입되는 경우, 차단체(230)의 상측까지 해수로 채워져서 차단체(230)의 역할을 구현하지 못하는 위험성을 제거하는 기능을 한다.

이러한 저장용기(600)의 기능을 실현하기 위하여, 저장용기(600)의 일측에는 온도감지센서(610)가 마련될 수 있다. 즉, 온도감지센서(610)를 이용하여, 저장용기(600)에 일시적으로 저장되어 있는 가열된 해수 또는 변환된 증기 및 온수의 온도를 측정함으로써, 저장용기(600)에서 분리기(200)로 가열된 해수 또는 변환된 증기 및 온수를 흘려보낼 시기를 결정한다.

이와 같이 온도감지센서(610)에서 측정된 온도가 기설정된 온도 이상일 때, 즉 변환된 증기가 충분하여 분리기(200)의 차단체(230) 역할을 구현할 정도의 온도 이상일 때에는 제1 밸브(620)가 개방되고, 분리기(200)로 저장용기(600)에 저장된 증기 및 온수 또는 해수가 흐르게 된다.

이때, 제1 밸브(620)는 온도감지센서(610)와 연동하는 솔레노이드 밸브(전자변)으로 형성할 수 있으며, 이와 같이 솔레노이드 밸브로 형성된 제1 밸브(620)를 구동하는 전원은 전술한 바와 같은 변환 축전기(500)에 저장된 전기 에너지일 수 있다.

한편, 온도감지센서(610)에서 측정된 온도가 기설정된 온도 이하일 때에는 저장용기(600)에 저장된 증기 및 온수 또는 해수가 분리기(200)로 흘러서는 안되므로, 제1 밸브(620)는 폐쇄되고, 회송관(700)으로 흐르게 된다.

여기서, 회송관(700)은 증기 및 온수로 변환하지 않고 가열만 된 해수를 저장용기(600)에서 유입관(300)으로 흘러보내는 구성요소이다. 즉, 일단부는 저장용기(600)에 연결되고, 타단부는 유입관(300)에 연결되어, 제1 밸브(620)가 개방되지 않을 때 가열만 된 해수를 저장용기(600)에서 유입관(300)으로 흘러보내도록 한다.

뿐만 아니라, 회송관(700)은, 분리기(200)의 제1 배출공(220)을 통해 배출된 온수 및 해수 중 일부를 다시 유입관(300)으로 흘러보내도록, 제1 배출공(220)에서 사용처(미도시)로 연결된 배관으로부터 분기되어 유입관(300)과 연결되도록 구성될 수도 있다.

한편, 해수 수집조(800)는 유입관(300)을 통해 변환용기(120)로 해수를 유입시키기 이전에 일시적으로 저장하는 구성요소이다. 즉, 전술한 바와 같은 회송관(700)으로 회수되는 해수의 양은 분리기(200)를 통해 분리된 증기의 양만큼 줄어들기 때문에 유입관(300)을 통해 유입되는 해수의 양을 보충해줄 필요가 있는데, 보충하기 이전에 해수를 저장하는 역할을 한다.

이러한 해수 수집조(800)는 해수를 일시적으로 저장하는 역할을 수행할 수 있다면 어떠한 구조로 구성되어도 무방하나, 유입관(300)으로의 해수 유입이 멈추지 않도록 자동으로 항상 채워지도록 구성되는 것이 유리하며, 일례는 도 4에 도시된 바와 같다.

즉, 도 4를 참조하여, 해수 수집조(800)의 일례를 구체적으로 설명하면, 해수 수집조(800) 내부에는 해수 수집조(800)에 저장된 해수의 양을 측정하기 위한 수위감지센서(810)가 마련될 수 있다. 이때, 수위감지센서(810)는 수위를 측정할 수 있다면, 부력을 이용하는 기계식이든, 물과의 접촉을 인식하는 전자식이든 무방하다.

이와 같은 수위감지센서(810)에 의해 측정된 해수의 양이 기설정된 양 이하일 때, 해수 수집조(800)의 일측에 연결되어 있는 제2 밸브(820)를 개방시켜 외부로부터 새로운 해수를 유입할 수 있다. 이때, 기설정된 해수의 양은 사용자가 임의로 조정할 수 있지만, 해수가 담수화되는 속도를 고려하여 조정하여야 할 것이다.

한편, 해수 수집조(800)에 연결되는 제2 밸브(820)도, 제1 밸브(620)와 유사하게, 수위감지센서(810)와 연동하는 솔레노이드 밸브로 형성할 수 있으며, 제2 밸브(820)를 구동하는 전원을 전술한 바와 같은 변환 축전기(500)에 저장된 전기 에너지로 할 수 있다.

이하에서는 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 해수의 담수화 장치의 일 실시예의 작동을 해수의 유동 방향을 중심으로 설명한다. 여기서, 도 1은, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해수의 담수화 장치를 도시한 사시도이다.

먼저, 도 1의 좌측 하단에 도시된 해수 수집조(800)에 저장된 해수가 유입관(300)을 따라 변환용기(120)로 유입되고, 변환용기(120)으로 유입된 해수는 반사렌즈(110)에 의해 조사된 태양광의 열 에너지를 흡수하여 가열된다.

이때, 해수를 가열시키는 소요되는 열량을 계산하면 다음과 같다. 즉, 물 1기압에서 100℃ 올리기 위한 필요한 열량은 539cal/g이 필요하다. 이를 기화열이라고 하는 데, 이에 따라 변환용기(120)의 단위 면적당 통과하는 해수의 양을 500mL로 하고, 변환용기(120)를 통과하는 시간은 30sec로 할 경우에, 기화 시키는데 필요한 에너지는 8,983 cal/ sec이다. 이를 watts로 변환하면 4.189 joules/cal * [watt *(joules/sec)]으로써, 37,604watt가 필요하다.

한편, 해수가 변환용기(120)에서 가열되는 동안 태양광의 광 에너지는 변환용기(120)의 내부에 위치하는 태양광 수광부(150)를 통하여 태양광을 채광하고, 이를 케이블(152)을 따라 변환 축전기(500)로 이동시켜 전기 에너지로 변환하고 저장할 수 있다.

이와 같이 변환용기(120)에서 가열된 해수는 증기 및 온수로 변환될 수 있으며, 가열된 해수와 변환된 증기 및 온수는 변환용기(120)에 연결된 배출관(400)을 통해 배출된다.

그 후, 가열된 해수와 변환된 증기 및 온수는 일시적으로 저장용기(600)에 저장될 수 있으며, 온도감지센서(610)에 의해 온도가 측정된다.

이때, 분리기(200)에서 문제없이 가열된 해수 및 온수와, 증기를 분리할 수 있을 정도의 온도가 온도감지센서(610)에 의해 측정되면, 제1 밸브(620)는 개방되고 저장용기(600)에 저장되어 있던 가열된 해수와 변환된 증기 및 온수는 분리기(200)로 유동한다.

그러나, 가열기(100)에서 충분히 가열되지 않아 전술한 바와 같은 기설정된 온도 미만으로 측정되는 경우, 회송관(700)을 통해 가열된 해수와 변환된 증기 및 온수는 다시 유입관(300)으로 유동하게 된다.

한편, 저장용기(600)에서 분리기(200)로 유동하게 된 가열된 해수와 변환된 증기 및 온수는 분리기(200)에서 각각 분리되게 되는데, 그 기준은 해수의 담수화 여부이다. 즉, 제1 배출공(220)을 통해 배출되는 가열된 해수와 변환된 온수는 담수화되지 않아 많은 염분을 포함하고 있으나, 제2 배출공(240)을 통해 배출되는 증기는 담수화되어 많은 염분을 포함하고 있지 않다.

이와 같이 제1 배출공(220)을 통해 배출되는 가열된 해수와 변환된 온수는 회송관(700)을 통해 유입관(300)으로 다시 보내지거나 온수가 필요한 사용처(미도시)로 보내진다. 반면, 제2 배출공(240)을 통해 배출되는 변환된 증기는 이를 다시 냉각하여 물로 다시 변환시키는 냉각기(미도시)를 거쳐 담수가 필요한 사용처(미도시)로 보내진다.

한편, 회송관(700)을 통해 유입관(300)으로 다시 보내지는 가열된 해수와 변환된 온수의 양은 최초 유입관(300)을 통해 유입된 해수의 양보다 적다. 따라서 이를 보충하기 위하여 해수 수집조(800)에서 유입관(300)으로 일정량의 해수를 제공한다.

이때, 해수 수집조(800) 내부에 있는 해수(S)의 양은 감소하게 될 것이고, 이를 수위감지센서(810)가 측정하여, 기설정된 양 이하이면 제2 밸브(820)를 개방하여 해수 수집조(800) 내부에 해수(S)의 양이 보충되도록 한다. 이와 같이 해수(S)의 양을 자동으로 보충함으로써, 해수를 계속하여 담수화할 때의 연속성을 보장할 수 있다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 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 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 가열기 110 : 반사렌즈
120 : 변환용기 130 : 투명판
150 : 태양광 수광부 152 : 케이블
200 : 분리기 210 : 수용부
220 : 제1 배출공 230 : 차단체
240 : 제2 배출공 300 : 유입관
400 : 배출관 500 : 변환 축전기
600 : 저장용기 610 : 온도감지센서
620 : 제1 밸브 700 : 회송관
800 : 해수 수집조 810 : 수위감지센서
820 : 제2 밸브 900 : 연결관
910 : 받침대

Claims (12)

1. 해수를 증기와 온수로 변환하도록 태양열을 이용하여 상기 해수를 가열하는 가열기와, 상기 가열기에 의해 변환된 상기 증기와 상기 온수를 분리하는 분리기를 포함하며,
   상기 가열기는,
   하나의 초점을 향하여 태양광을 반사시키는 파라볼릭 형상의 반사렌즈; 및 상기 반사렌즈에 의해 반사된 상기 태양광의 열 에너지에 의해 상기 해수가 가열되도록, 상기 반사렌즈의 초점이 위치하는 지점에 상기 해수가 일시적으로 머무를 수 있도록 상기 해수를 일시적으로 수용하는 변환용기;를 포함하되, 상기 변환용기의 하측면에는 상기 해수를 상기 변환용기로 유입시키는 유입관이 연결되고, 상기 변환용기의 상단면에는 상기 태양광의 열 에너지에 의해 가열된 상기 해수 또는 가열되어 변환된 상기 증기와 상기 온수를 상기 변환용기로부터 배출시키는 배출관이 연결되며,
   상기 분리기는,
   상기 해수를 가열함으로써 변환시킨 상기 증기 및 상기 온수 또는 상기 변환용기에서 가열된 해수를 상기 배출관을 통해 배출된 이후에 수용하는 수용부; 상기 수용부에 수용된 상기 온수 및 상기 해수가 중력에 의하여 하측으로 배출되도록 개방된 제1 배출공; 상기 수용부에 수용된 상기 증기가 상기 증기가 갖고 있는 증기압에 의하여 상측으로 배출되도록 개방된 제2 배출공; 및 상기 제2 배출공으로 배출되는 상기 증기가 상기 제1 배출공으로 배출되는 것을 차단하는 차단체;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   해수의 담수화 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 변환용기의 하단면은 투명판으로 형성되며,
   상기 반사렌즈에 의해 반사된 상기 태양광이 상기 투명판을 통과하여 상기 변환용기 내부로 조사될 때, 상기 변환용기 내부로 조사되는 태양광을 채광하기 위한 태양광 수광부가 상기 변환용기 내부에 마련되는 것을 특징으로 하는,
   해수의 담수화 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 태양광 수광부에 의해 채광된 태양광을 전기 에너지로 변환하여 저장하는 변환 축전기를 더 포함하는,
   해수의 담수화 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 태양광 수광부는,
   상기 반사렌즈에 대향하는 일단부의 단면적이 상기 태양광 수광부와 상기 변환 축전기를 연결하는 케이블이 장착되는 타단부의 단면적보다 넓도록, 테이퍼진 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
   해수의 담수화 장치.
   
6. 삭제
7. 제5항에 있어서,
   상기 배출관과 상기 분리기 사이에 마련되어, 상기 해수를 가열함으로써 변환시킨 상기 증기 및 상기 온수 또는 상기 변환용기에서 가열된 해수가 상기 배출관을 통해 배출된 이후에 일시적으로 저장되는 저장용기를 더 포함하되,
   상기 저장용기에는,
   상기 저장용기에 저장된 상기 증기 및 상기 온수 또는 상기 해수의 온도를 측정하는 온도감지센서가 일측에 마련되고,
   상기 온도감지센서에서 측정된 온도가 기설정된 온도 이상일 때, 상기 분리기로 상기 저장용기에 저장된 상기 증기 및 상기 온수 또는 상기 해수가 흐를 수 있도록 개방되는 제1 밸브가 연결되며,
   상기 제1 밸브가 폐쇄되어 있을 때, 상기 저장용기에 저장된 상기 증기 및 상기 온수 또는 상기 해수가 상기 유입관으로 흐를 수 있도록 회송관이 연결되는 것을 특징으로 하는,
   해수의 담수화 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 밸브는 상기 온도감지센서와 연동하는 솔레노이드 밸브로 형성되되, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 변환 축전기에 저장된 상기 전기 에너지를 전원으로 하여 구동되는 것을 특징으로 하는,
   해수의 담수화 장치.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 유입관을 통해 상기 변환용기로 상기 해수를 유입시키기 이전에 일시적으로 상기 해수를 저장하는 해수 수집조를 더 포함하되,
   상기 해수 수집조에는,
   상기 해수 수집조에 저장된 상기 해수의 양을 측정하기 위한 수위감지센서가 내부에 마련되고,
   상기 수위감지센서에서 측정된 상기 해수의 양이 기설정된 양 이하일 때, 외부로부터 새로운 해수를 유입할 수 있도록 개방되는 제2 밸브가 연결되는 것을 특징으로 하는,
   해수의 담수화 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 밸브는 상기 수위감지센서와 연동하는 솔레노이드 밸브로 형성되되, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 변환 축전기에 저장된 상기 전기 에너지를 전원으로 하여 구동되는 것을 특징으로 하는,
    해수의 담수화 장치.
    
11. 제1항, 제3항 내지 제5항 및 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열기는 복수 개 마련되되,
    상기 복수 개의 가열기 중 제1 가열기에 마련된 변환용기에 연결되는 배출관이 제2 가열기에 마련된 변환용기에 연결되는 유입관이 되도록, 상기 제1 가열기에 마련된 변환용기와 상기 제2 가열기에 마련된 변환용기가 연결관으로 연결되어,
    상기 가열기가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    해수의 담수화 장치.
    
12. 제1항, 제3항 내지 제5항 및 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열기는 복수 개 마련되되,
    상기 복수 개의 가열기 중 제1 가열기에 마련된 변환용기에 연결되는 유입관과 제2 가열기에 마련된 변환용기에 연결되는 유입관이 서로 연통되고, 상기 제1 가열기에 마련된 변환용기에 연결되는 배출관과 상기 제2 가열기에 마련된 변환용기에 연결되는 배출관이 서로 연통되어,
    상기 가열기가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    해수의 담수화 장치.
    

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