KR101500627B1

KR101500627B1 - 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치

Info

Publication number: KR101500627B1
Application number: KR1020120131622A
Authority: KR
Inventors: 박창대; 임병주; 정경열
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2015-03-09
Also published as: KR20140064364A

Abstract

본 발명은 해수를 응축부의 외면에 액막 형태로 공급하여 발생되는 온도차 증가를 통해 증발된 증기의 응축을 촉진시키는 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치에 있어서, 태양의 복사 에너지에 의해 증발되어 담수화되는 해수가 저장되는 베이진(Basin)부와 상기 베이진부의 상단에 위치하고, 응축수의 집수를 효과적으로 하기 위해 내면이 친수 코팅처리가 되며, 일측이 하향 경사져 형성되는 응축부와 상기 베이진부로부터 증발되어 상기 응축부의 내면을 따라 응축되어 흐르는 응축수가 모여서 수거되는 응축수 집수로로 구성되고, 상기 응축부 외면 상부에서 해수를 액막 형태로 공급하여 상기 응축부의 외면에 액막이 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치는 해수 저장조에 저장되는 해수가 응축부의 외면 상부에 위치한 노즐 또는 슬릿(Slit)을 통해 액막의 형태로 공급되므로 1차적으로 내측에서 증발한 증기의 응축잠열에 의하여 예열이 되어 공급되기 때문에 버려지는 열을 회수하여 해수담수화에 필요한 열을 추가적으로 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치{SOLAR SEAWATER DISTILLER FEEDING WITH SEAWATER LIQUID FILM}

본 발명은 해수를 응축부의 외면에 액막 형태로 공급하여 발생되는 온도차 증가를 통해 증발된 증기의 응축을 촉진시키는 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 베이진부(Basin)에 저장되는 해수를 응축부의 외면 상부에서 노즐 또는 슬릿을 통해 액막 형태로 공급하여 1차적으로 베이진부로 공급되는 해수가 예열되고, 2차적으로 해수가 응축부의 외면에 액막 형태로 공급되어 응축부 내외면의 온도차 증가로 증기의 응축을 촉진할 수 있어 담수생산량을 증대시킬 수 있는 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 해수담수화란, 생활용수나 공업용수로 직접 사용하기 힘든 해수로부터 염분을 포함하는 용해물질을 제거하여 음용수, 생활용수 및 공업용수 등을 얻어내는 일련의 수처리 과정을 말한다. 해수탈염이라고도 하며, 이처럼 해수를 이용하여 담수로 생산하는데 사용되는 설비를 해수담수화 장치라고 한다.

해수를 담수화하는 방식은 크게 기본원리에 따라 분류된다. 열에너지를 이용하여 해수를 가열하고 발생한 증기를 응축시켜 담수를 얻는 증발법, 삼투현상(Osmosis)을 역으로 이용하여 해수를 반투막(Semi-permeable Membrane)을 통과시켜 담수를 생산하는 역삼투법(Reverse Osmosis)이 해수담수화의 대표적인 방식이다. 이 중 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 해수담수화에 적용되고 있으나, 현재 널리 사용되는 해수담수화 방식은 MSF, MED와 RO의 3가지 기술이며, MSF 또는 MED와 RO를 혼용하여 담수를 생산하는 하이브리드(Hybrid) 방식이 적용되는 경우도 있다.

한편 태양열을 이용한 해수담수화 장치는 저에너지, 친환경, 적은 장치 규모 및 초기투자비가 적게 들어 대체 수자원 확보를 위한 중요한 기술이 되고 있고, 도서지역이나 여러 소지역에 분산형이 가능한 장점을 보유하고 있다.

그러나 이 태양열 증류기(solar still)의 문제점은 생산량이 적고 태양열 에너지에 의해 해수가 증발 및 응축될 때 발생하는 잠열을 효율적으로 이용할 수 있는 기술이 부족한 단점이 있다. 그러므로 태양열 담수화 시스템은 해수가 증발 및 응축할 때 발생하는 잠열을 해수담수화에 필요한 유용한 열원으로 사용하여 담수생산량을 증대시키기 위한 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

해수 저장조에 저장되는 해수가 응축부의 외면 상부에 위치한 노즐 또는 슬릿(Slit)을 통해 액막의 형태로 공급되므로 1차적으로 내측에서 증발한 증기의 응축잠열에 의하여 예열이 되어 공급되기 때문에 버려지는 열을 회수하여 해수담수화에 필요한 열을 추가적으로 얻을 수 있고, 액막 해수 공급구조를 통해 응축부의 내외면의 온도 차이를 증가시켜 응축을 촉진하여 담수생산량을 증가시키는 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치를 제공하고자 한다.

또한, 응축부의 내면을 친수 코팅처리 하여 베이진부에서 증발되어 응축되는 응축수의 집수를 촉진할 수 있는 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치를 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치에 있어서,

태양의 복사 에너지에 의해 증발되어 담수화되는 해수가 저장되는 베이진(Basin)부와;

상기 베이진부의 상단에 위치하고, 응축수의 집수를 효과적으로 하기 위해 내면이 친수 코팅처리가 되며, 일측이 하향 경사져 형성되는 응축부와;

상기 베이진부로부터 증발되어 상기 응축부에 내면에 응축되고, 상기 응축부의 내면을 따라 흐르는 응축수가 모여서 수거되는 응축수 집수로;가 포함되어 구성되고,

상기 응축부 외면 상부에서 해수를 액막 형태로 공급하여 상기 응축부의 외면에 액막이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치는 해수 저장조에 저장되는 해수가 응축부의 외면 상부에 위치한 노즐 또는 슬릿(Slit)을 통해 액막의 형태로 공급되므로 1차적으로 내측에서 증발한 증기의 응축잠열에 의하여 예열이 되어 공급되기 때문에 버려지는 열을 회수하여 해수담수화에 필요한 열을 추가적으로 얻을 수 있고, 액막 해수 공급구조를 통해 응축부의 내외면의 온도 차이를 증가시켜 응축을 촉진하여 담수생산량을 증가시키는 효과가 있다.

또한, 응축부의 내면을 친수 코팅처리 하여 베이진부에서 증발되어 응축되는 응축수의 집수를 촉진할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치를 나타내는 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치의 노즐 또는 슬릿을 나타내는 참고도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치의 해수가 흐르는 유로를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

상기 목적을 달성하고자, 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치(100)에 있어서,

태양의 복사 에너지에 의해 증발되어 담수화되는 해수가 저장되는 베이진(Basin)부(120)와;

상기 베이진부(120)의 상단에 위치하고, 응축수의 집수를 효과적으로 하기 위해 내면이 친수 코팅처리가 되며, 일측이 하향 경사져 형성되는 응축부(110)와;

상기 베이진부(120)로부터 증발되어 상기 응축부(110)에 내면에 응축되고, 상기 응축부(110)의 내면을 따라 흐르는 응축수가 모여서 수거되는 응축수 집수로(130);가 포함되어 구성되고,

상기 응축부(110) 외면 상부에서 해수를 액막 형태로 공급하여 상기 응축부(110)의 외면에 액막이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예를 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고, 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", 제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치에 대해 설명한다.

도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치(100)는 응축부(110)와, 베이진부(Basin)(120)와, 응축수 집수로(130)로 구성되는데, 상기 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치(100)는 해수가 태양열에 의해 증발되어 상기 응축부(110)의 내면에서 응축될 때 발생하는 잠열을 회수하여 해수의 증발을 촉진시킬 수 있는 효과가 있다.

상기 응축부(110)는 응축수의 친수성을 높이기 위하여 상기 응축부(110)의 내면이 친수 코팅처리가 되고, 일측 길이 방향으로 하향 경사져서 형성된다. 이때, 상기 응축부(110)가 일측 길이 방향으로 하향 경사져서 형성되는 것은 상기 응축부(110)의 내면에 응축되는 응축수를 후술되는 상기 응축수 집수로(130)로 가이드하기 위함이다.

일 실시예에서, 상기 응축부(110)는 외면 좌우에 각각 해수의 이탈을 막는 제1가이드(111)와 상기 응축부(110)의 외면 하부에 형성되어 해수의 경로를 후술되는 배관(113)으로 가이드하는 제2가이드(112)가 더 포함되어 형성될 수 있다.

또한, 상기 응축부(110)의 외면 하부에 후술되는 상기 베이진부(120)와 연결되는 배관(113)을 설치하여, 상기 액막 형태로 공급되는 해수가 응축부(110)의 외면을 따라 흘러 상기 배관(113)을 거쳐 상기 베이진부(120)으로 공급될 수 있다.

상기 베이진부(120)는 상기 응축부(110)의 하단에 설치되어 후술되는 해수 저장조(140)로부터 공급되는 해수가 저장된다. 이러한 상기 베이진부(120)로 공급되는 해수는 상기 응축부(110)를 거쳐 공급되므로 베이진부(120)에서 증발한 증기가 상기 응축부(110) 내면에서 응축될 때 발생하는 잠열을 회수하여 공급 해수를 예열하는 역할을 수행한다.

상기 응축수 집수로(130)는 상기 베이진부(120)로부터 증발되어 상기 응축부(110)의 내면을 따라 응축되어 흐르는 응축수가 모이는 역할을 수행한다. 이러한 응축수 집수로(130)는 외부 배관과 연결되어 응축수를 수거할 수 있다.

이러한 상기 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치(100)는 노즐 또는 슬릿(slit)(141)이 포함되고, 상기 노즐 또는 슬릿(141)을 통해 해수를 상기 응축부(110)의 외면 상부에서 액막 형태로 공급하거나, 상기 베이진부(120)로 직접 공급하는 해수 저장조(140)를 더 포함하여 형성될 수 있다.

상기 노즐 또는 슬릿(141)은 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 홀이 형성되는 (A)노즐 또는 (B)슬릿(141)의 형태로 형성되어 상기 응축부(110)의 외면으로 해수를 액막 형태로 공급하거나, 상기 베이진부(120)로 직접 해수를 공급하게 된다. 이때, 상기 노즐 또는 슬릿(141)이나 상기 베이진부(120)로 공급되는 해수의 공급 유량을 제어하기 위해 밸브(142)가 더 포함되어 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치를 나타내는 참고도이다. 이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치(100)에 대해 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치(100)는 상기 해수 저장조(140)에서 공급된 해수가 상기 응축부(110)의 외면으로 액막 형태로 공급되고, 상기 응축부(110)의 내면에서 증발한 증기의 응축 잠열에 의하여 예열이 된다. 이어서, 상기 예열된 해수는 상기 제1가이드(111)와 제2가이드(112)에 의해 가이드 되고, 상기 배관(113)을 거쳐 상기 베이진부(120)로 공급되게 된다. 이렇게 이동된 해수는 태양의 복사에너지에 의해 증발하게 되고, 이때 증발한 증기는 상기 응축부(110)의 내면에 응축되어 맺히게 된다. 이어서, 상기 응축부(110)의 내면에 맺히게 된 응축수들은 상기 응축부(110)의 경사를 따라 중력에 의해 상기 응축수 집수로(130)로 이동하게 된다.

100 : 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치
110 : 응축부
111 : 제1가이드 112 : 제2가이드
113 : 배관
120 : 베이진부(Basin)
130 : 응축수 집수로
140 : 해수 저장조 141 : 노즐 또는 슬릿(Slit)

Claims

액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치(100)에 있어서,
태양의 복사 에너지에 의해 증발되어 담수화되는 해수가 저장되는 베이진(Basin)부(120)와;
상기 베이진부(120)의 상단에 위치하고, 응축수의 집수를 효과적으로 하기 위해 내면이 친수 코팅처리가 되며, 일측이 하향 경사져 형성되는 응축부(110)와;
상기 베이진부(120)로부터 증발되어 상기 응축부(110)에 내면에 응축되고, 상기 응축부(110)의 내면을 따라 흐르는 응축수가 모여서 수거되는 응축수 집수로(130);가 포함되어 구성되고,
상기 응축부(110) 외면 상부에서 해수를 액막 형태로 공급하여 상기 응축부(110)의 외면에 액막이 형성되며,
상기 응축부(110)는 응축부(110)의 외면 좌우에 각각 형성되어 해수의 이탈을 막는 제1가이드(111)와, 상기 응축부(110)의 외면 하부에 형성되어 해수의 이탈을 막는 제2가이드(112)와, 상기 응축부(110)의 외면 하부와 상기 베이진부(120)를 연결하여 상기 응축부(110)의 외면에 흐르는 액막이 상기 베이진부(120)로 흐르게 되는 배관(113)이 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치.
제 1항에 있어서,
노즐 또는 슬릿(slit)(141)이 포함되고, 상기 노즐 또는 슬릿(141)을 통해 해수를 상기 응축부(110)의 외면 상부에서 액막 형태로 공급하거나, 상기 베이진부(120)로 직접 공급하는 해수 저장조(140);
가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치.
제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 해수 저장조(140)의 해수는 유량 조절을 통하여 상기 응축부(110)의 외면 상부에 형성되는 상기 노즐 또는 슬릿(141)으로 이동되고, 상기 노즐 또는 슬릿(141)을 통해 상기 응축부(110)의 외면에 액막 형태로 고르게 분사되어 상기 베이진부(120)로 액막 공급되거나, 상기 베이진부(120)로 직접 공급되는 것을 특징으로 하는 액막 해수 공급구조를 가지는 태양열 해수담수화 장치.
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