KR101506315B1 - 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템에 관한 것으로 특히, 소정형상을 갖는 소금 연속 용해로, 용융염 저장탱크, 스팀 발생기, 용융염 냉각용 스크류 관, 증기 터빈, 발전기, 열교환기 등을 상호 연결시켜 상용전원을 이용하여 소금 연속 용해로를 구동시켜 일반 소금을 연속해서 용융하고, 연속 생산되는 고온의 용융염을 저장탱크에 저장한 다음 이를 물이 담긴 스팀 발생기를 관통하도록 설치된 스크류 관을 서서히 통과시키며 냉각을 통해 소금으로 연속 생산할 수 있도록 하고, 또한 고온의 용융염을 저장탱크에 저장해 두었다가 스크류 관을 서서히 통과시키며 용융염에서 발산되는 폐열을 이용하여 스팀 발생기 내의 물을 끓여 증기를 연속해서 발생시켜 증기 터빈을 구동하고, 이어서 발전기를 가동시켜 전기를 생산할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
따라서, 소금의 생산에 따른 경제적인 부담 및 생산원가를 크게 줄일 수 있고, 지속적으로 소금을 생산할 수 있으므로 제품 자체의 상품성과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있으며, 또한 24시간 동안 지속적으로 발전기를 가동시켜 전기를 생산할 수 있으므로 에너지 절감효과를 대폭 증진시킬 수 있음은 물론 불필요한 자원낭비를 방지할 수 있고, 전기발전에 따른 비용을 크게 줄일 수 있으며, 우량의 전기를 지속적으로 발전시킬 수 있다.

Description

마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템{Using magnetron for salt production methods and power system}
본 발명은 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로는 상용전원을 이용하여 복수의 마그네트론과 복수의 흑색 탄화규소(Black SiC) 히팅관 등이 구비된 소금 연속 용해로를 구동시키는 방식을 통해 일반 소금을 용융시켜 고온의 용융염을 연속 생산하여 저장탱크에 저장하고, 저장탱크에 저장된 용융염을 물이 담긴 스팀 발생기를 관통하도록 설치된 스크류 관을 서서히 통과시키며 냉각을 통해 소금으로 연속 생산함과 동시에 스크류 관을 통과하며 발산되는 폐열을 통해 스팀 발생기 내의 물을 끓여 증기를 연속해서 발생시켜 증기 터빈을 구동시키는 방식을 통해 발전기를 가동시켜 전기를 생산함은 물론 증기 터빈에서 배출되는 증기를 이용하여 열교환기를 가동시켜 온수를 생산할 수 있도록 발명한 것이다.
생활수준의 향상과 건강에 대한 관심, 방송 등 미디어 매체의 활성화로 인하여 현대인들은 건강식품에 지대한 관심을 보인다.
인간은 물과 소금 없이는 살아갈 수 없으며 그중 물에 대한 연구와 정수방법들은 많은 발전이 있으며 집집 마다 정수기를 사용하며 마시는 물을 손쉽게 사서 먹을 수 있게 되었다.
그러나 소금은 물과 다른 성질을 가지며 그 가공이 어렵고 가공시 유해가스 분출로 인하여 가공이 쉽지 않으며 소금 그 자체를 음용하는 것은 특수한 경우를 제외하고는 대부분 음식에 첨가하여 섭취하게 된다.
소금의 진화과정에서 천일염, 화염 등 자연염을 사용하다가 소금을 볶아서 사용하였으며 근래에는 죽염 등 구워서 사용하고 있다.
소금을 볶거나 구울 때 염소가스 등 다량의 독성물질이 배출되며 소금을 정제하기가 쉽지않고, 또한 기존에 구운 소금이나 죽염이 있었으나 불을 때거나, 전기를 가열하는 기술들은 온도를 올리기가 쉽지 않아 에너지 비용이 많이 들어 경제성이 떨어지며, 온도를 높이 올려 소금속에 포함된 독성물질을 제거하기가 쉽지 않아 9번을 굽는 등 수고로운 작업을 진행해왔다. 하지만 불을 피우는 과정에서 다이옥신, 목타르 성분 등 인체에 유해한 성분을 함유할 수밖에 없는 한계를 가지고 있다.
이때, 용융염(Fused Salt, molten salt, 熔融鹽)이라 함은 용융된 염류를 말하며, 통상 용융염 전해에 사용하는 것을 말하고, 할로겐화물의 융체가 주이며, 황산염, 초산염, 탄산염 등의 산소산염도 있고, 전리되어 있는 이온성 액체이며, 도전율은 수용액보다 크다. 2원, 3원의 혼합 용융염도 용이하게 만들 수 있다.
따라서, 종래에도 소금을 단시간에 가열하여 볶거나 혹은 구울 수도 있고 마이크로 웨이브를 이용한 용해로를 이용하여 소금 자체를 용융하고 그 소금을 굽고, 녹이거나 끓여(용해) 소금 속에 있는 유해물질을 배출하여 손수 소금으로 정제하여 건강에 이로운 소금을 제조할 수 있는 새로운 형태의 마이크로웨이브(micro wave)를 이용하여 소금의 불순물 제거를 위한 건조 열처리 및 불순물을 제거한 구운 소금 제조장치(국내 등록특허공보 10-1320764호) 및 마이크로파를 이용한 소금 가공장치 및 그를 이용하여 제조된 소금(국내 공개특허공보 10-2014-0010559호)이 제시된 바 있다.
상기한 종래 기술 중 마이크로 파를 이용하여 소금의 불순물 제거를 위해 건조, 열처리하는 구운 소금 제조장치(국내 등록특허공보 10-1320764호)는, 본체 소금을 담아 넣는 도가니와, 분리 가능한 도가니뚜껑을 가지며, 본체 외측에 마그네트론이 도파관으로 연결되며, 본체 내측에는 단열재 단열벽, 본체 상면 또는 측면 상방에는 본체 내로 소금을 공급하는 소금투입구와, 가스를 배출하는 연소가스배출구와, 본체 내측을 감시하는 투시창과, 본체 측면 하방에는 용융소금을 배출하는 녹은 소금배출구를 감는 구성으로 되어 있다.
또, 마이크로파를 이용한 소금 가공장치 및 그를 이용하여 제조된 소금(국내 공개특허공보 10-2014-0010559호) 중 첫 번째 구성은, 첫째 마이크로파를 이용한 소금 가공장치에 있어서, 바디케이스; 상기 바디케이스 내에 장착되어 열을 가하기 위한 가열챔버; 상기 가열챔버 내에 중앙부에 횡으로 설치되고 금속성 재질로 이루어진 가열튜브; 상기 가열튜브 외측면을 감싸면서 설치되어 가열된 열을 전도시키는 발열체; 상기 발열체를 감싸면서 설치되어 마이크로파를 투과하고 가열되는 열이 외부로 유출되는것을 방지하는 단열재; 상기 바디케이스 상면 및 하면에 설치되어 마이크로파를 상기 바디케이스 내부의 가열튜브를 향해 도파관을 통해 가이드하여 방사하는 복수개의 마그네트론; 상기 바디케이스 일측면 상방에 설치되며 상기 가열튜브내에 소금을 투입하는 소금투입수단; 및 상기 바디케이스 타측면을 감싸면서 설치되어 상기 가열튜브로부터 배출된 소금을 배출시키는 배출수단;을 포함하고 있다.
두 번째 구성은 직사각형상의 바디케이스; 상기 바디케이스의 내부를 형성하는 가열챔버; 상기 바디케이스 좌우측에서 가열챔버까지 각각 설치된 공기유입구와 가스배출구; 상기 바디케이스 상부에 설치되어 마이크로파를 상기 가열챔버를 향해 도파관을 통해 방사하는 복수개의 마그네트론; 상기 가열챔버내 저면에 설치되며, 소금을 담고 가공할 수 있도록 상부개방된 형태로 다수개 배치된 복수개의 사각형태의 SiC계열의 재료로 구성된 도가니; 상기 가열챔버내 상부면에서 상기 도가니를 향해 원적외선을 방사하도록 설치된 복수개의 나노탄소히터;를 포함하고 있다.
그런데, 상기에서 제시된 종래 마이크로파를 이용한 소금 가공장치들은 단순히 소금만을 가공하기 위한 장치일 뿐 소금의 가공과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 다른 장치(예를 들어 증기 터빈 및 발전기를 구동시켜 전기를 발전하거나 또는 냉수를 온수로 가열하여 제공하는 장치 등)로 활용하지 못하여 장치 자체의 호환성 및 사용성이 저하됨은 물론 불필요한 에너지 낭비를 가져오는 문제점이 있다.
또, 마그네트론을 이용한 소금 가열시 필연적으로 발생하는 전자파에 의한 2차 피해가 발생되는 문제점이 있고, 또한 상용전원에 의해서만 구동되도록 구성되어 있어 소금 가공에 따른 전기사용량이 많아 사용자에게 경제적인 부담을 주게 됨은 물론 불필요하게 자원을 낭비하는 문제점이 있는데, 특히 전기의 소비량이 매우 많은 여름철 등에는 전기공급에 차질을 주게 될 우려도 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1320764호(2013년 10월 15일) 대한민국 공개특허공보 10-2014-0010559호(2014년 01월 27일)
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 소정형상을 갖는 소금 연속 용해로, 용융염 저장탱크, 스팀 발생기, 용융염 냉각용 스크류 관, 증기 터빈, 발전기, 열교환기 등을 상호 연결시켜 상용전원을 통해 소금 연속 용해로를 구동시켜 일반 소금을 연속해서 용융하고, 연속 생산되는 고온의 용융염을 저장탱크에 저장한 다음 이를 물이 담긴 스팀 발생기를 관통하도록 설치된 스크류 관을 서서히 통과시키며 냉각을 통해 소금으로 연속 생산할 수 있도록 함으로써 소금의 생산에 따른 경제적인 부담 및 생산원가를 크게 줄일 수 있고, 제품 자체의 상품성과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 15시간 이상 열을 축적하는 효능을 가진 고온의 용융염을 저장탱크에 저장해 두었다가 스크류 관을 서서히 통과시키며 용융염에서 발산되는 폐열을 이용하여 스팀 발생기 내의 물을 끓여 증기를 연속해서 발생시켜 증기 터빈을 구동시키는 방식을 통해 24시간 동안 지속적으로 발전기를 가동시켜 전기를 생산할 수 있으므로 에너지 절감효과를 대폭 증진시킬 수 있음은 물론 불필요한 자원낭비를 방지할 수 있고, 전기발전에 따른 비용을 크게 줄일 수 있으며, 우량의 전기를 지속적으로 발전시킬 수 있는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 증기 터빈에서 배출되는 증기를 이용하여 온수가열용 열교환기를 가동시켜 온수를 지속적으로 생산할 수 있으므로 고가의 화석연료나 상용교류전압 등을 이용한 온수 가열방식에 비해 온수 생산비 및 사용자의 온수 사용 비용을 대폭 줄일 수 있는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 일반 소금을 연속 용해시키는 용해로의 작동시 발생할 수 있는 전자파나 마이크로파의 유출을 방지할 수 있어 인체에 무해한 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 소금 연속 용해로 내 탄화규소 히팅관의 내면에 몰리브덴 코팅층을 직접 도포시켜 주거나, 또는 내면에 몰리브덴 코팅층이 도포된 스테인레스 파이프를 상기 탄화규소 히팅관 내부에 설치하고, 또한 용융염 저장탱크 및 스크류 관은 각각 스테인레스로 성형하되, 그 내면에는 몰리브덴 코팅층을 각각 더 도포하여 줌으로써 소금의 융해시 또는 용융염의 저장 및 이송시 발생하는 염소(Cl2)의 화학반응에 의해 고가의 탄화규소 히팅관를 포함한 용융염 저장탱크 및 스크류 관이 손상되는 것을 방지할 수 있음은 물론 제품의 수명을 대폭 연장할 수 있는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일반 소금을 용융시켜 주는 소금 연속 용해로에 구비된 마그네트론들에 상용전압을 고주파 전압으로 변환하여 인가시켜 줌은 물론 시스템의 전반적인 제어기능을 수행하는 제어반과; 상부에 호퍼를 구비하고 용융염 토출구는 용융염 저장탱크에 연결된 형태를 갖고 지상에서 수직방향으로 설치된 용해로 설치대에 소정각도로 경사지게 고정 설치된 형태를 갖고 제어반에서 고전압이 공급되면 복수의 마그네트론이 구동되며 발생하는 마이크로파에 의해 정해진 온도 이내로 유도가열되는 탄화규소 히팅관들의 내부를 통과하고 있는 일반 소금을 액체상태로 용융시켜 저장탱크 측으로 연속해서 배출하는 소금 연속 용해로와; 단열재를 이용하여 소정용적을 갖는 밀폐된 통체 형상을 갖고 상기 소금 연속 용해로를 통해 용융된 후 배출되는 고온의 용융염을 열과 함께 액체상태로 저장하였다가 스크류 관을 통해 정해진 량씩 지속적으로 배출시켜 주는 용융염 저장탱크와; 일단부에는 제어반의 출력신호에 대응하여 개폐량이 제어되는 전자밸브가 설치되고 타단부에는 내부에 설치된 용융염 이송용 스크류의 회전에 필요한 동력을 발생시키는 스크류 구동 모터가 설치된 형태를 갖고 스팀 발생기를 일측에서 타측으로 관통되게 설치된 상태에서 상기 용융염 저장탱크 내에 저장되어 있는 용융염이 소정속도로 통과하며 스팀 발생기 내 물과 열교환이 이루어지며 액체 상태의 용융염이 서서히 고체상태의 소금으로 변환시켜 주는 스크류 관과; 상기 스크류 관을 통해 배출되는 소금 덩어리를 분쇄시켜 주는 소금 분쇄기와; 상기 소금 분쇄기를 통해 배출되는 소금을 저장하는 소금 저장탱크와; 소정용적을 갖는 탱크의 외측 상,하부에 일정압력 이상일 때 열리는 압력밸브가 구비된 스팀 배출관과 수압 탱크와 연결되는 직수 유입관이 설치되고, 내부에는 상한 및 하한수위 검출센서가 설치되며, 하부에서 수평방향으로는 상기 스크류 관이 관통되게 설치된 구성을 갖고 상기 스크류 관을 통해 용융염 저장탱크 내 용융염이 이송될 때 발생하는 열에 의해 내부로 유입된 물이 끊으며 증기(스팀)가 자동 발생하는 스팀 발생기와; 고압펌프를 구비하고 상기 스팀 발생기의 직수 유입관에 연결된 상태에서 제어반에서 상기 스팀 발생기 내 수위를 검출한 결과, 하한수위에 이르른 것으로 판단될 경우 상한수위가 검출될 때까지 상기 고압펌프를 작동시켜 스팀 발생기에서 스팀을 발생시키는데 필요한 직수를 지속적으로 공급시켜 주는 수압 탱크;를 포함한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 스팀 발생기의 스팀 배출관에 입구가 연결된 형태를 갖고 상기 스팀 발생기에서 배출되는 고압의 증기를 노즐을 통해 분출시켜 고속의 증기를 분출하고 이것을 날개 바퀴의 날개에 내뿜어 회전력을 얻어내는 증기 터빈과; 상기 증기 터빈에서 발생하는 회전력에 의해 회전 작동되며 교류전압을 발생시켜 상기 소금 연속 용해로를 제외한 각종 전장품에 구동전압으로 공급시켜 주는 교류 발전기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증기 터빈의 출구를 통해 배출되는 증기에서 발생하는 열을 이용하여 직수 통과관 내부를 흐르는 직수를 온수로 가열시켜 주는 열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 열교환기의 출구와 상기 수압 탱크의 물 유입구 사이에는 펌프를 구비한 냉각수 공급관을 더 설치하여 상기 열교환기 내를 통과하며 열교환을 통해 직수를 온수로 가열시켜 줌으로 인해 증기가 냉각되며 생성된 냉각수를 상기 수압 탱크로 송수시켜 줄 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 수압 탱크 내에는 상한 및 하한수위 검출센서를 설치하고, 상기 물 유입구에는 전자밸브를 설치함은 물론 상기 제어반으로 하여금 수압 탱크 내 수위가 하한수위에 이르른 것으로 판단될 경우 상한수위가 검출될 때까지 물 유입구에 설치되어 있는 전자밸브를 열고 펌프를 구동시켜 주도록 한 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 소금 연속 용해로는 금속판을 이용하여 소정 지름과 길이 및 체적의 원통 또는 다각형의 형상을 갖게 성형함은 물론 외측으로는 정해진 간격을 두고 복수의 마그네트론 설치공이 천공되고, 상,하 개구부는 막힌 형태를 갖는 밀폐형 챔버와; 상기 챔버의 형상에 대응하여 원통 또는 다각형 형상을 갖고 상,하부로 일부가 돌출되게 상기 챔버의 내부에 삽입된 상태에서 일정 간격을 두고 설치되는 복수의 지지대를 통해 상기 챔버 내에 중공부가 형성되도록 고정 설치되어 마그네트론들의 도파관을 통해 방출되는 마이크로파는 탄화규소 히팅관 측으로 통과되게 하고 탄화규소 히팅관에서 발생하는 열이 챔버 측으로 전달되는 것을 최소화해 주는 단열관과; 상기 챔버의 마그네트론 설치공에 각각 도파관의 단부가 착탈 가능하게 설치된 형태를 갖고 제어반으로부터 고전압이 인가되면 고주파를 발진하여 상기 챔버의 내면과 상기 단열관 외면 사이의 중공부로 소정대역의 마이크로파(극초단파; 예를 들어 2,450 MHz/sec)를 방출하여 탄화규소 히팅관들이 정해진 온도 내로 유도가열되게 하는 복수의 마그네트론과; 비중이 3.12이고 융점은 2,600~2,800℃이며 경도가 다이아몬드 다음으로 높은 흑색 탄화규소(Black SiC)를 이용하여 소정 지름과 길이를 갖도록 압출 성형된 형태를 갖고 상기 단열관 내에 상태에서 마그네트론들에서 소정대역의 마이크로파가 방출될 때 유도 가열되어 정해진 온도범위 내에서 발열하며 각각의 내부로 통과하고 있는 일반 소금이 용융되게 하는 복수의 탄화규소 히팅관과; 상기 단열관의 상,하단부에 각각 설치되어 상기 단열관 내의 탄화규소 히팅관들 사이에 형성된 공간부로 소금 및 용융염이 유입되지 않도록 하는 상,하부 마개용 단열판과; 내부에 모터에 의해 구동되는 스크류를 구비하고, 상기 단열관의 상부에 설치되어 일반 소금을 상기 탄화규소 히팅관들 내부로 고르게 공급시켜 주는 호퍼와; 수동 또는 자동 밸브를 구비하고 상기 단열관의 저부에서 용융염 저장탱크에 연결되도록 설치되어 각각의 탄화규소 히팅관을 통해 배출되는 용융염의 토출량을 제어할 수 있도록 하는 용융염 토출구;로 구성한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 탄화규소 히팅관의 내면에는 융점이 2,450~2,620℃이고 밀도가 10.2 g/㎤인 몰리브덴 코팅층을 더 도포하거나, 또는 내면에 몰리브덴 코팅층을 도포한 스테인레스 파이프를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용융염 저장탱크 및 스크류 관은 각각 스테인레스로 성형하되, 그 내면에는 융점이 2,450~2,620℃이고 밀도가 10.2 g/㎤인 몰리브덴 코팅층을 각각 더 도포한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 챔버에는 중공부 내의 공기가 열에 의해 소정압력 이상으로 팽창할 경우 자동으로 열려 챔버 내 압력을 낮춰주는 챔버 압력 체크밸브를 더 설치하되, 상기 챔버 압력 체크밸브의 입구에는 마이크로파의 유출을 방지하는 3㎜ 이하 메쉬의 그물 망을 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단열관과 지지대 및 상,하부 마개용 단열판은 용점이 1,000~1,800℃로 높고 밀도(㎏/㎥)가 300~600을 갖는 알루미나 파이버 보드(Alumina Fiber Board)로 성형한 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템에 의하면, 첫째 상용전압을 이용하여 소금 연속 용해로를 구동시켜 일반 소금을 연속해서 용융하고, 연속 생산되는 고온의 용융염을 저장탱크에 저장한 다음 이를 물이 담긴 스팀 발생기를 관통하도록 설치된 스크류 관을 서서히 통과시키며 냉각을 통해 소금으로 연속 생산할 수 있도록 함으로써 소금의 생산에 따른 경제적인 부담 및 생산원가를 크게 줄일 수 있고, 소금 자체의 상품성과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다.
둘째, 15시간 이상 열을 축적하는 효능을 가진 고온의 용융염을 저장탱크에 저장해 두었다가 스크류 관을 서서히 통과시키며 용융염에서 발산되는 폐열을 이용하여 스팀 발생기 내의 물을 끓여 증기를 연속해서 발생시켜 증기 터빈을 구동시키는 방식을 통해 24시간 동안 지속적으로 발전기를 가동시켜 전기를 생산할 수 있으므로 에너지 절감효과를 대폭 증진시킬 수 있음은 물론 불필요한 자원낭비를 방지할 수 있고, 전기발전에 따른 비용을 크게 줄일 수 있으며, 우량의 전기를 지속적으로 발전시킬 수 있다.
셋째, 증기 터빈에서 배출되는 증기를 이용하여 온수가열용 열교환기를 가동시켜 온수를 지속적으로 생산할 수 있으므로 고가의 화석연료나 상용교류전압 등을 이용한 온수 가열방식에 비해 온수 생산비 및 사용자의 온수 사용 비용을 대폭 줄일 수 있다.
넷째, 소금 연속 용해로의 챔버 중공부 내 공기가 소정압력 이상으로 팽창할 경우 자동으로 열려 챔버 내 압력을 낮춰주는 챔버 압력 체크밸브를 더 설치하되, 상기 챔버 압력 체크밸브의 입구에는 마이크로파(극초단파; 예를 들어 2,450 MHz/sec)의 유출을 방지하는 3㎜ 이하 메쉬의 그물 망을 설치함으로써 이들 소금 연속 용해로의 작동에 따라 필연적으로 발생하는 전자파의 발생을 억제할 수 있다.
다섯째, 소금 연속 용해로 내 탄화규소 히팅관의 내면에 몰리브덴 코팅층을 직접 코팅하거나, 또는 내면에 몰리브덴 코팅층이 도포된 스테인레스 파이프를 상기 탄화규소 히팅관 내부에 설치하고, 또한 용융염 저장탱크 및 스크류 관은 각각 스테인레스로 성형하되, 그 내면에는 몰리브덴 코팅층을 각각 더 도포하여 줌으로써 소금의 융해시 발생하는 염소(Cl2)가 몰리브덴 코팅층에 의해 차단되어 소금의 용해시를 포함하여 용융염의 저장 및 이송시 염소(Cl2)의 화학반응에 의해 고가의 탄화규소 히팅관를 포함한 용융염 저장탱크 및 스크류 관이 손상되는 것을 방지할 수 있으므로 제품 자체의 수명을 대폭 연장할 수 있음은 물론 시스템의 유지보수에 따른 비용을 대폭 절감할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1은 본 발명 시스템의 전체 블록 구성도.
도 2는 본 발명 중 연속 소금 용해로의 일 실시 예에 따른 일부 분해 사시도.
도 3은 본 발명 중 연속 소금 용해로의 일 실시 예에 따른 측 단면도.
도 4는 본 발명 중 연속 소금 용해로의 일 실시 예에 따른 정 단면도.
도 5는 본 발명 중 연속 소금 용해로의 다른 실시 예에 따른 측 단면도.
도 6은 본 발명 중 연속 소금 용해로의 다른 실시 예에 따른 정 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 시스템의 전체 블록 구성도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명 중 연속 소금 용해로의 일 실시 예에 따른 일부 분해 사시도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명 중 연속 소금 용해로의 일 실시 예에 따른 측 단면도를 나타낸 것고, 도 4는 본 발명 중 연속 소금 용해로의 일 실시 예에 따른 정 단면도를 나타낸 것이다.
또, 도 5는 본 발명 중 연속 소금 용해로의 다른 실시 예에 따른 측 단면도를 나타낸 것이고, 도 6은 본 발명 중 연속 소금 용해로의 다른 실시 예에 따른 정 단면도를 나타낸 것이다.
이에 따르면 본 발명은,
일반 소금을 용융시켜 주는 소금 연속 용해로(30)에 구비된 마그네트론(34)들에 상용전압을 고주파 전압으로 변환하여 인가시켜 줌은 물론 시스템의 전반적인 제어기능을 수행하는 제어반(20)과;
상부에 호퍼(38)를 구비하고 용융염 토출구(39)는 용융염 저장탱크(40)에 직접 연결된 형태를 갖고 지상에서 수직방향으로 설치된 용해로 설치대(140)에 소정각도로 경사지게 고정 설치된 형태를 갖고 제어반(20)에서 고전압이 공급되면 복수의 마그네트론(34)이 구동되며 발생하는 마이크로파에 의해 정해진 온도 이내로 유도가열되는 탄화규소 히팅관(35)들의 내부를 통과하고 있는 일반 소금을 액체상태로 용융시켜 용융염 저장탱크(40) 측으로 연속해서 배출하는 소금 연속 용해로(30)와;
단열재를 이용하여 소정용적을 갖는 밀폐된 통체 형상을 갖고, 상기 소금 연속 용해로(30)를 통해 용융된 후 배출되는 고온의 용융염을 열과 함께 액체상태로 저장하였다가 스크류 관(50)을 통해 정해진 량씩 지속적으로 배출시켜 주는 용융염 저장탱크(40)와;
일단부에는 제어반(20)의 출력신호에 대응하여 개폐량이 제어되는 전자밸브(51)가 설치되고 타단부에는 내부에 설치된 용융염 이송용 스크류(52)의 회전에 필요한 동력을 발생시키는 스크류 구동 모터(53)가 설치된 형태를 갖고, 스팀 발생기(80)를 일측에서 타측으로 관통되게 설치된 상태에서 상기 용융염 저장탱크(40) 내에 저장되어 있는 용융염이 소정속도로 통과하며 스팀 발생기(80) 내 물과 열교환이 이루어지며 액체 상태의 용융염이 서서히 고체상태의 소금으로 변환시켜 주는 스크류 관(50)과;
상기 스크류 관(50)을 통해 배출되는 소금 덩어리를 분쇄시켜 주는 소금 분쇄기(60)와;
상기 소금 분쇄기(60)를 통해 배출되는 소금을 저장하는 소금 저장탱크(70)와;
소정용적을 갖는 탱크의 외측 상,하부에 일정압력 이상일 때 열리는 압력밸브(81)가 구비된 스팀 배출관(82)과 수압 탱크(90)와 연결되는 직수 유입관(83)이 설치되고, 내부에는 상한 및 하한수위 검출센서(84)(85)가 설치되며, 하부에서 수평방향으로는 상기 스크류 관(50)이 관통되게 설치된 구성을 갖고, 상기 스크류 관(50)을 통해 용융염 저장탱크(40) 내 용융염이 이송될 때 발생하는 열에 의해 내부로 유입된 물이 끊으며 증기(스팀)가 자동 발생하는 스팀 발생기(80)와;
고압펌프(91)를 구비하고 상기 스팀 발생기(80)의 직수 유입관(83)에 연결된 상태에서 제어반(20)에서 상기 스팀 발생기(80) 내 수위를 검출한 결과, 하한수위에 이르른 것으로 판단될 경우 상한수위가 검출될 때까지 상기 고압펌프(91)를 작동시켜 스팀 발생기(80)에서 스팀을 발생시키는데 필요한 직수를 지속적으로 공급시켜 주는 수압 탱크(90);를 포함한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 스팀 발생기(80)의 스팀 배출관(82)에 입구가 연결된 형태를 갖고 상기 스팀 발생기(80)에서 배출되는 고압의 증기를 노즐을 통해 분출시켜 고속의 증기를 분출하고 이것을 날개 바퀴의 날개에 내뿜어 회전력을 얻어내는 증기 터빈(100)과;
상기 증기 터빈(100)에서 발생하는 회전력에 의해 회전 작동되며 교류전압을 발생시켜 상기 소금 연속 용해로(30)를 제외한 각종 전장품에 구동전압으로 공급시켜 주는 교류 발전기(110);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증기 터빈(100)의 출구를 통해 배출되는 증기에서 발생하는 열을 이용하여 직수 통과관 내부를 흐르는 직수를 온수로 가열시켜 주는 열교환기(120);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 열교환기(120)의 출구와 상기 수압 탱크(90)의 물 유입구 사이에는 펌프(131)를 구비한 냉각수 공급관(130)을 더 설치하여, 상기 열교환기(120) 내를 통과하며 열교환을 통해 직수를 온수로 가열시켜 줌으로 인해 증기가 냉각되며 생성된 냉각수를 상기 수압 탱크(90)로 송수시켜 줄 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 수압 탱크(90) 내에는 상한 및 하한수위 검출센서(92)(93)를 설치하고, 상기 물 유입구에는 전자밸브(94)를 설치함은 물론 상기 제어반(20)으로 하여금 수압 탱크(90) 내 수위가 하한수위에 이르른 것으로 판단될 경우 상한수위가 검출될 때까지 물 유입구에 설치되어 있는 전자밸브(94)를 열고 펌프(131)를 구동시켜 주도록 한 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 소금 연속 용해로(30)는,
금속판을 이용하여 소정 지름과 길이 및 체적의 원통 또는 다각형의 형상을 갖게 성형함은 물론 외측으로는 정해진 간격을 두고 복수의 마그네트론 설치공(31a)이 천공되고, 상,하 개구부는 막힌 형태를 갖는 밀폐형 챔버(31)와;
상기 챔버(31)의 형상에 대응하여 원통 또는 다각형 형상을 갖고 상,하부로 일부가 돌출되게 상기 챔버(31)의 내부에 삽입된 상태에서 일정 간격을 두고 설치되는 복수의 지지대(33)를 통해 상기 챔버(31) 내에 중공부(31b)가 형성되도록 고정 설치되어 마그네트론(34)들의 도파관(34a)을 통해 방출되는 마이크로파는 탄화규소 히팅관(35)들 측으로 통과되게 하고 탄화규소 히팅관(35)에서 발생하는 열이 챔버(31) 측으로 전달되는 것을 최소화해 주는 단열관(32)과;
상기 챔버(31)의 마그네트론 설치공(31a)에 각각 도파관(34a)의 단부가 착탈 가능하게 설치된 형태를 갖고 제어반(20)으로부터 고전압이 인가되면 고주파를 발진하여 상기 챔버(31)의 내면과 상기 단열관(32) 외면 사이의 중공부(31b)로 소정대역의 마이크로파를 방출하여 탄화규소 히팅관(35)들이 정해진 온도(예를 들어 800~900도℃) 내로 유도가열되게 하는 복수의 마그네트론(34)과;
비중이 3.12이고 융점은 2,600~2,800℃이며 경도가 다이아몬드 다음으로 높은 흑색 탄화규소(Black SiC)를 이용하여 소정 지름과 길이를 갖도록 압출 성형된 형태를 갖고 상기 단열관(32)내에 설치된 상태에서 마그네트론(34)들에서 소정대역의 마이크로파가 방출될 때 유도 가열되어 정해진 온도범위 내에서 발열하며 각각의 내부로 통과하고 있는 일반 소금이 용융되게 하는 복수의 탄화규소 히팅관(35)과;
상기 단열관(32)의 상,하단부에 각각 설치되어 상기 단열관(32) 내의 탄화규소 히팅관(35)들 사이에 형성된 공간부로 소금 및 용융염이 유입되지 않도록 하는 상,하부 마개용 단열판(36)(37)과;
내부에 모터(38a)에 의해 구동되는 스크류(38b)를 구비하고, 상기 단열관(32)의 상부에 설치되어 일반 소금을 상기 탄화규소 히팅관(35)들 내부로 고르게 공급시켜 주는 호퍼(38)와;
수동 또는 자동 밸브(39a)를 구비하고 상기 단열관(32)의 저부에서 용융염 저장탱크(40)에 연결되도록 설치되어 각각의 탄화규소 히팅관(35)을 통해 배출되는 용융염의 토출량을 제어할 수 있도록 하는 용융염 토출구(39);로 구성한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 탄화규소 히팅관(35)의 내면에는 융점이 2,450~2,620℃이고 밀도가 10.2 g/㎤인 몰리브덴을 도포하여 몰리브덴 코팅층(150)을 더 성형하거나,
또는 내면에 몰리브덴 코팅층(150)을 도포한 스테인레스 파이프(160)를 더 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용융염 저장탱크(40) 및 스크류 관(50)은 각각 스테인레스로 성형하되, 그 내면에는 융점이 2,450~2,620℃이고 밀도가 10.2 g/㎤인 몰리브덴을 도포하여 각각 몰리브덴 코팅층(150)을 더 성형한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 챔버(31)에는 중공부(31b) 내의 공기가 열에 의해 소정압력 이상으로 팽창할 경우 자동으로 열려 챔버(31) 내 압력을 낮춰주는 챔버 압력 체크밸브(31c)를 더 설치하되, 상기 챔버 압력 체크밸브(31c)의 입구에는 마이크로파의 유출을 방지하는 3㎜ 이하 메쉬의 그물 망(31d)을 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단열관(32)과 지지대(33) 및 상,하부 마개용 단열판(36)(37)은 용점이 1,000~1,800℃로 높고 밀도(㎏/㎥)가 300~600을 갖는 알루미나 파이버 보드(Alumina Fiber Board)로 성형한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템에 대한 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 소금 생산겸 발전 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이 크게, 제어반(20), 소금 연속 용해로(30), 용융염 저장탱크(40), 스크류 관(50), 소금 분쇄기(60), 소금 저장탱크(70), 스팀 발생기(80) 및 수압 탱크(90)를 구비하고, 상용전압을 이용하여 소금 연속 용해로(30)에 설치되어 있는 복수의 마그네트론(34)을 구동시켜 많은 량의 일반 소금을 연속해서 용융하고, 연속 생산되는 고온의 용융염을 용융염 저장탱크(40)에 저장한 다음, 물이 담긴 스팀 발생기(80)를 관통하도록 설치된 스크류 관(50)을 통해 냉각시켜 소금으로 연속 생산할 수 있도록 한 것을 주요기술 구성요소로 한다.
이때, 상기 제어반(20)은 상용전압을 도시 생략한 고압트랜스 등을 통해 고전압으로 발진시킨 다음 후술하는 소금 연속 용해로(30)에 구비된 마그네트론(34)들에 인가시켜 줌은 물론 본 발명이 적용된 시스템의 전반적인 제어기능을 수행한다.
또한, 상기 소금 연속 용해로(30)는 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이 기본적으로 밀폐형 챔버(31)와 단열관(32), 복수의 마그네트론(34), 복수의 탄화규소 히팅관(35), 상,하부 마개용 단열판(36)(37), 호퍼(38) 및 용융염 토출구(39)를 구비한 상태에서 상기 용융염 토출구(39)는 후술하는 용융염 저장탱크(40)에 직접 연결된 형태를 갖는다.
이와 같은 소금 연속 용해로(30)는 제어반(20)에서 고전압이 출력될 경우, 복수의 마그네트론(34)이 구동되며 예를 들어 2,450 MHz/sec 대역의 마이크로파을 발생하게 되고, 이렇게 발생된 마이크로파가 복수의 탄화규소 히팅관(35)을 유도 가열하게 되므로 상기 탄화규소 히팅관(35)들이 예를 들어 800~900도℃ 이내로 발열하여 그 내부로 지속적으로 투입되는 일반 소금을 액체상태로 용융시켜 용융염 저장탱크(40) 측으로 연속해서 배출하는 기능을 반복하게 된다.
이때, 상기 소금 연속 용해로(30)의 구성요소 중 상기 밀폐형 챔버(31)는 소정 두께의 금속판(예를 들어 스테인레스 판 등)을 이용하여 소정 지름과 길이 및 체적을 갖는 원통 또는 다각형의 형상으로 성형하되, 상기 챔버(31)의 외측에는 정해진 간격을 두고 복수의 마그네트론 설치공(31a)이 천공되고, 상,하 개구부는 마이크로파의 누출을 방지하기 위해 막혀진 형태를 갖는다.
또, 상기 챔버(31)에는 챔버 압력 체크밸브(31c)를 더 설치하여 줌으로써 상기 챔버(31) 내면과 후술하는 단열관(32)의 외면 사이에 형성된 중공부(31b) 내의 공기가 열에 의해 챔버 압력 체크밸브(31c)에 세팅된 소정압력 이상으로 팽창하였을 때, 상기 챔버 압력 체크밸브(31c)가 자동으로 열려 챔버(31) 내의 압력을 낮추어주게 되므로 챔버(31)가 팽창압력에 의해 손상 및 파손되는 것을 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 챔버 압력 체크밸브(31c)의 입구에는 마이크로파의 유출을 방지하는 3㎜ 이하 메쉬의 그물 망(31d)을 설치하여 줌으로써 상기와 같이 챔버 압력 체크밸브(31c)를 통해 내부 공기가 배출될 때 중공부(31b)를 회절하고 있는 마이크로파가 3㎜ 이하 메쉬의 그물 망(31d)에 의해 차단되어 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있어 마이크로파에 의한 피해를 방지할 수 있으므로 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 단열관(32)은 상기 챔버(31)의 형상에 대응하여 원통형 또는 다각형의 형상을 갖도록 성형하되, 외경은 상기 챔버(31)의 내경보다 작은 형태를 갖고, 길이는 상기 챔버(31)보다 길게 성형된 형태를 갖는다.
이와 같은 단열관(32)은 후술하는 복수의 탄화규소 히팅관(35)들을 내장한 상태에서 상,하단부 일부가 외부로 돌출되는 형태를 갖도록 상기 챔버(31)의 내부에 삽입된 다음, 일정 간격을 두고 설치되는 복수의 지지대(33)를 통해 상기 챔버(31) 내에 고정 설치되므로 상기 챔버(31)의 내면과 단열관(32)의 외면 사이에는 소정 높이를 갖는 중공부(31b)가 형성된 형태를 갖는다.
또, 상기와 같은 구성을 갖는 상기 단열관(32)은 마그네트론(34)들의 도파관(34a)을 통해 방출된 다음 중공부(31b) 내를 회절하는 마이크로파가 후술하는 탄화규소 히팅관(35) 측으로 통과되게 하여 유도가열이 이루어지도록 함은 물론 상기 탄화규소 히팅관(35)에서 발생하는 열은 챔버(31) 측으로 전달되지 않도록 하므로 상기 챔버(31)의 온도 상승을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 마그네트론(34)들은 기본적으로 자계(磁界)를 작용시켜 전자의 흐름을 제어하는 특수한 진공관으로서 극초단파(極超短波 ; 마이크로웨이브)의 전파를 강력히 출력하는 데 사용하는 것으로, 이와 같은 마그네트론(34)들은 극초단파가 방출되는 도파관(34a)의 단부를 상기 챔버(31)의 마그네트론 설치공(31a)에 각각 착탈 가능하게 설치한 형태를 갖는다.
이와 같은 마그네트론(34)들은 제어반(20)의 고압트랜스로부터 고전압이 인가되면 고주파를 발진하여 상기 챔버(31)의 내면과 상기 단열관(32) 외면 사이에 형성된 중공부(31b)로 소정대역(예를 들어 2,450 MHz/sec)의 마이크로파를 방출시킨다.
상기 마그네트론(34)들에서 방출된 극초단파가 상기 챔버(31)의 내면과 상기 단열관(32)의 외면 사이에 형성된 중공부(31b)를 회절하다가 후술하는 단열관(32)을 통과하여 자계의 흡수기능을 갖는 탄화규소 히팅관(35)들을 직접 유도가열시키게 된다.
이때, 상기 마그네트론(34)들은 전술한 바와 같이 도파관(34a)의 단부를 상기 챔버(31)의 마그네트론 설치공(31a)에 각각 착탈 가능하게 설치함으로써 고장시 챔버(31)의 외부에서 해당 마그네트론(34)만 간단히 교체시킬 수 있다.
또, 상기 복수의 탄화규소 히팅관(35)은 비중이 3.12이고 융점은 2,600~2,800℃이며 경도가 다이아몬드 다음으로 높은 흑색 탄화규소(Black SiC)를 이용하여 소금 연속 용해로(30)를 통해 얻고자 하는 소금의 투입량 및 용융온도 등에 맞게 소정 지름과 길이를 갖도록 압출 성형하여, 상기 단열관(32) 내부 내에 설치한다.
이와 같은 복수의 탄화규소 히팅관(35)은 제어반(20)의 출력신호에 대응하여 작동되는 상기 마그네트론(34)들에서 소정대역의 마이크로파가 방출될 때, 자계에 의해 직접 800~900도℃로 유도 가열되므로 소정각도로 경사진 상태를 갖는 상기 탄화규소 히팅관(35)들을 일반 소금이 서서히 통과하며 자동 용융되어 액체상태의 용융염으로 변환된 다음 소정용적을 갖는 용융염 저장탱크(40) 측으로 지속적으로 자동 이송된다.
이때, 상기 탄화규소 히팅관(35)은 그 특성상 소금이 용융되는 과정에서 발생되는 염소(Cl2) 성분과 화학반응을 일으킬 수 있으므로 상기 탄화규소 히팅관(35)을 그대로 사용할 경우 염소(Cl2) 성분과 화학반응에 의해 쉽게 손상되어 수명이 매우 짧아질 우려가 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 탄화규소 히팅관(35)의 내면에 탄화규소와 같이 마이크로파를 흡수하는 특성을 갖는 몰리브덴을 소정두께로 도포하여 도 3 및 도 4와 같이 몰리브덴 코팅층(150)을 성형하여 주거나 또는 도 5 및 도 6과 같이 내면에 몰리브덴 코팅층(150)을 도포한 스테인레스 파이프(160)를 상기 탄화규소 히팅관(35)들의 내부에 각각 더 설치하여 소금이 용융되는 과정에서 염소(Cl2)가 생성되더라도 이 염소(Cl2) 성분이 상기 탄화규소 히팅관(35)의 내면에 직접 접촉되는 것을 방지할 수 있어 탄화규소 히팅관(35) 자체의 수명을 대폭 연장할 수 있다.
여기서 상기 탄화규소 히팅관(35)들의 내부에 스테인레스 파이프(160)를 곧바로 설치할 경우, 상기 마그네트론(34)들에서 방출되는 소정대역의 마이크로파가 상기 스테인레스 파이프(160)에 의해 다시 챔버(31) 측으로 반사되어 소금 연속 용해로(30) 주변에서 반사되는 마이크로파에 의한 2차 피해가 발생할 우려가 있을 뿐만 아니라 스테인레스 파이프(160) 자체도 염소(Cl2) 성분에 의해 부식 등과 같은 손상이 발생될 우려가 있으므로 상기 스테인레스 파이프(160)의 내면에 몰리브덴 코팅층(150)을 도포한 것이다.
이때, 상기 몰리브덴은 융점이 2,450~2,620℃이고 밀도가 10.2 g/㎤를 가지고 있어 마이크로파에 의해 800~900도℃ 이내로 발열하는 상기 탄화규소 히팅관(35)을 통해 또는 내측에 스테인레스 파이프(160)이 삽입 설치된 상기 탄화규소 히팅관(35)을 통해 일반 소금을 용융시킬 때, 염소(Cl2) 성분에 강한 화학적 특성을 갖고 얇게 도포된 몰리브덴 코팅층(150)의 형상은 유지하는 상태에서 소금 용융시 발생하는 염소(Cl2) 성분을 완벽히 차단하게 된다.
따라서, 염소(Cl2) 성분에 의해 상기 탄화규소 히팅관(35) 또는 스테인레스 파이프(160)가 손상되는 것을 완벽히 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 탄화규소 히팅관(35)을 포함한 스테인레스 파이프(160)의 수명을 대폭 연장할 수 있는 것이다.
한편, 상기에 있어서 탄화규소 히팅관(35)의 제조시 그 길이를 길게 성형할 경우 쉽게 휘는 등의 문제가 발생할 수 있어 그 길이가 한정될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 내면에 몰리브덴 코팅층(150)이 성형된 스테인레스 파이프(160)를 병행하여 설치할 경우, 상기 탄화규소 히팅관(35)들을 비교적 짧은 길이로 성형하여 길이가 긴 상기 스테인레스 파이프(160)의 외면에 길이가 짧게 성형한 상기 탄화규소 히팅관(35)들을 도 5의 확대도와 같이 연이어 설치하여 줌으로써 스테인레스 파이프(160)의 강성에 의해 그 형상은 유지하며 상기 탄화규소 히팅관(35)들이 스테인레스 파이프(160)의 외면에서 원하는 온도로 발열 작동할 수 있다.
또한, 상기 상,하부 마개용 단열판(36)(37)은 상기 단열관(32)의 상,하단부에 각각 설치되어 상기 단열관(32) 내의 탄화규소 히팅관(35)들 사이에 형성된 공간부로 소금 및 용융염이 유입되지 않도록 하는 기능을 수행한다.
이때, 상,하부 마개용 단열판(36)(37)을 상기 단열관(32) 내의 탄화규소 히팅관(35) 상,하단부에 직접 맞닿도록 설치할 경우, 상기 탄화규소 히팅관(35)들 사이의 공간부에 존재하는 공기가 팽창할 경우 유동되거나 배출될 공간이 없어 상,하부 마개용 단열판(36)(37)들이 단열관(32)의 상,하단부로부터 이탈될 우려가 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 상,하부 마개용 단열판(36)(37)을 성형할 때, 상기 단열관(32) 내 탄화규소 히팅관(35)들의 상,하단부가 위치되는 곳에 각각 원료 유입공(36a)(37a)만 천공시키지 않고 상기 원료 유입공(36a)(37a)들의 배면으로 각각 히팅관 삽입봉(36b)(37b)들이 돌출 성형되도록 하여 탄화규소 히팅관(35)들의 상,하단부에 각각 상,하부 마개용 단열판(36)(37)을 설치할 경우 각각의 히팅관 삽입봉(36b)(37b)들이 상기 탄화규소 히팅관(35)들의 내측으로 일부가 끼워지도록 함은 물론 상기 상,하부 마개용 단열판(36)(37)들의 내면과 탄화규소 히팅관(35)들의 상,하단부 사이에 공기가 유통될 수 있는 틈새가 형성되도록 하였다.
또, 상기 단열관(32)과 지지대(33)를 포함한 상,하부 마개용 단열판(36)(37)은 상기 탄화규소 히팅관(35)들과 직,간접적으로 접촉되는 것을 감안하여 본 발명에서는 용점이 1,000~1,800℃로 높고 밀도(㎏/㎥)가 300~600을 갖는 알루미나 파이버 보드(Alumina Fiber Board)로 성형하여 줌으로써 상기 탄화규소 히팅관(35)들이 예를 들어 900~1,500℃로 유도가열되더라도 상기 단열관(32)과 지지대(33) 및 상,하부 마개용 단열판(36)(37)가 녹거나 열 변형되지 않고 자체의 형상을 유지하게 된다.
또한, 상기 호퍼(38)는 내부에 모터(38a)에 의해 구동되는 스크류(38b)를 구비하고, 상기 단열관(32)의 상부에 설치된 상태에서, 내부로 투입되는 일반 소금을 상기 탄화규소 히팅관(35)들 내부로 연속해서 고르게 공급시켜 주는 기능을 한다.
또, 상기 용융염 토출구(39)는 용융염의 토출을 단속함은 물론 그 량을 제어할 수 있는 수동 또는 자동 밸브(39a)를 구비하고 상기 단열관(32)의 저부에서 용융염 저장탱크(40)에 연결되도록 형성된 구성을 갖고, 상기한 각각의 탄화규소 히팅관(35)을 통해 용융된 다음 연속해서 배출되는 용융염을 상기 수동 또는 자동 밸브(39a)의 개폐량에 대응한 량으로 연속해서 배출시켜 주는 기능을 한다.
한편, 상기 용융염 저장탱크(40)는 보온성과 열 차단성이 매우 좋은 단열재를 이용하여 비교적 큰 용적을 갖는 밀폐된 통체 형상으로 성형한 것으로, 상기 소금 연속 용해로(30)를 통해 용융된 후 배출되는 고온의 용융염이 소정온도(예를 들어 600~800℃)를 유지하도록 보온/저장하였다가 후술하는 스크류 관(50)을 통해 정해진 량씩 지속적으로 배출시켜 주는 기능을 수행한다.
이때, 상기 용융염 저장탱크(40)의 내부에는 소금이 용융되는 과정에서 발생된 염소(Cl2) 성분을 포함한 용융염이 장시간 정체된다는 점을 감안하여 상기 염소(Cl2) 성분에 대해 화학적으로 강한 특성을 가진 스테인레스로 성형하는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는 내면에 도 1의 확대도와 같이 소정 두께로 몰리브덴 코팅층(150)을 더 성형시켜 주면 고온의 용융염을 장기간 저장하는 과정에서 염소(Cl2) 성분에 의해 용융염 저장탱크(40) 자체가 부식되거나 손상되는 것을 완벽히 방지할 수 있다.
이 밖에도, 본 발명이 적용된 소금 생산 시스템 중 상기 소금 연속 용해로(30)는 용융염의 온도를 장기간 유지시켜 주기 위해서는 비록 상기 용융염 저장탱크(40) 자체를 보온성과 열 차단성이 매우 좋은 단열재로 성형하였다 하더라도 열이 외부로 방출될 우려가 있으므로 상기 용융염 저장탱크(40)의 외면에 별도로 도시 생략한 보온커버를 설치하여 보온성을 더욱 증진시켜 주는 것이 바람직하다.
한편, 상기 스크류 관(50)은 일단부에 제어반(20)의 출력신호에 대응하여 개폐량이 제어되어 상기 용융염 저장탱크(40) 내에 저장되어 있는 용융염의 통과량을 조절할 수 있도록 하는 전자밸브(51)가 설치되고, 내부에는 용융염이 이송되며 후술하는 스팀 발생기(80) 내 물과 열교환이 이루어지며 냉각됨으로 인해 서서히 고체와 되는 소금을 원활히 이송시킬 수 있도록 하는 용융염 이송용 스크류(52)가 설치되며, 타단부에는 상기 용융염 이송용 스크류(52)의 회전에 필요한 동력을 발생시켜 주는 스크류 구동 모터(53)가 설치된 구성을 갖고, 스팀 발생기(80)를 일측에서 타측으로 관통되게 설치된 형태를 갖는다.
이와 같은 구성을 갖는 상기 스크류 관(50)은 상기 용융염 저장탱크(40) 내에 저장되어 있는 용융염이 소정속도로 통과하며 스팀 발생기(80) 내 물과 열교환이 이루어지며 액체 상태의 용융염이 서서히 고체상태의 소금으로 변환되도록 하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 스크류 관(50) 역시 염소(Cl2) 성분을 포함한 용융염이 장시간 이송된다는 점을 감안하여 상기 염소(Cl2) 성분에 대해 화학적으로 강한 특성을 가짐은 물론 방열 성능이 좋은 스테인레스로 성형한 파이프를 사용하는 것이 바람직하며, 또 필요에 따라서는 상기 용융염 저장탱크(40)와 마찬가지로 내면에 도 1의 확대도와 같이 소정 두께로 몰리브덴 코팅층(150)을 더 성형시켜 줌으로써 액체상태의 용융염이 스크류 관(50)의 내부를 따라 이송되며 냉각되어 고체화되는 과정에서 그 내부에 포함되어 있는 염소(Cl2) 성분에 의해 스크류 관(50) 자체가 부식되거나 손상되는 것을 완벽히 방지할 수 있다.
또한, 상기 소금 분쇄기(60)는 상기 스크류 관(50)의 타측 단부에 설치되어 상기 스크류 관(50)을 통해 배출되는 소금 덩어리를 원하는 분말 크기로 분쇄시켜 소금 저장탱크(70) 측으로 배출하는 기능을 수행한다.
또, 상기 소금 저장탱크(70)는 소정 용적을 갖고 상기 소금 분쇄기(60)를 통해 분쇄된 후 배출되는 소금을 저장하는 기능을 수행한다.
한편, 상기 스팀 발생기(80)는 소정용적을 가짐은 물론 스팀 압력에도 견딜수 있는 고압 탱크의 형태를 갖는 것으로, 외측 상부에는 스팀 발생기(80) 내 스팀 압력이 자체 내에 정해진 일정압력 이상일 때 열리는 압력밸브(81)가 구비된 스팀 배출관(82)이 설치되고, 외측 하부에는 수압 탱크(90)와 연결되는 직수 유입관(83)이 설치되며, 내부에는 스팀 발생기(80) 내 상한 및 하한 수위를 검출하여 제어반(20)으로 전달하는 상한 및 하한수위 검출센서(84)(85)가 설치되고, 하부에서 수평방향으로는 상기 스크류 관(50)이 관통되게 설치된 구성을 갖는다.
이와 같은 구성을 갖는 스팀 발생기(80)는 소정용적의 물은 담수한 상태를 갖고 상기 스크류 관(50)을 통해 용융염 저장탱크(40) 내 용융염이 이송될 때 스크류 관(50)을 통해 방출되는 열을 흡수하여 상기 스크류 관(50) 내부를 이송중인 고온의 액체상태인 용융염이 냉각되며 고체상태의 소금으로 변환되도록 하는 기능을 수행함은 물론 상기 스크류 관(50)을 통해 방출되는 열에 의해 내부에 담수된 물이 끊으면서 고압의 증기(스팀)가 자동 발생하면, 이를 후술하는 증기 터빈(100)에 전달하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 수압 탱크(90)는 스팀에 의해 큰 팽창압력을 갖는 스팀 발생기(80) 내의 물이 수압 탱크(90) 측으로 역류하는 것을 방지하기 위하여 상기 스팀 발생기(80)의 내부 압력보다 큰 송출압력을 갖는 고압펌프(91)를 구비하고 상기 스팀 발생기(80)의 직수 유입관(83)에 연결된 상태를 갖고, 상기 제어반(20)에서 상기 스팀 발생기(80) 내에 설치되어 있는 상한 및 하한수위 검출센서(84)(85)를 통해 스팀 발생기 내 수위를 검출한 결과, 하한수위에 이르른 것으로 판단될 경우 상한수위가 검출될 때까지 상기 고압펌프(91)를 작동시켜 스팀 발생기(80)에서 스팀을 발생시키는데 필요한 직수를 지속적으로 공급시켜 주는 기능을 수행한다.
이와 같이 본 발명에서는 상용전원을 이용하여 일반 소금을 용융시킬 수 있어 소금의 생산에 따른 경제적인 부담 및 생산원가를 크게 줄일 수 있다.
뿐만 아니라 상기 용융염 저장탱크(40) 내에 저장된 용융염은 상기 용융염 저장탱크(40) 내에서 15시간 이상 600~800℃를 유지하는 특성을 가지고 있어 상기 소금 연속 용해로(30) 및 용융염 저장탱크(40)의 용해 능력 및 용적만 적절히 설계한다면 주변의 전기 소모량이 적을 때 소금을 용융시켜 저장해 둔 용융염을 이용하여 지속적으로 소금을 생산할 수 있어 제품 자체의 상품성과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 스팀 발생기(80)의 스팀 배출관(82)에 증기 터빈(100)과 교류 발전기(110)를 순차적으로 더 설치하여 소금 생산시 발생되는 폐열을 이용하여 24시간 동안 지속적으로 전기를 생산할 수 있도록 한 것을 또 다른 주요기술 구성요소로 한다.
이때, 상기 증기 터빈(100)은 상기 스팀 발생기(80)의 스팀 배출관(82)에 입구가 연결된 형태를 갖고 상기 스팀 발생기(80)에서 배출되는 고압의 증기를 도시 생략한 노즐을 통해 분출시켜 고속의 증기를 분출하고, 이렇게 분출되는 증기를 날개 바퀴의 날개에 내뿜어 주는 방식을 통해 교류 발전기(110)의 구동에 필요한 회전력을 발생시켜 주는 기능을 갖는다.
또, 상기 교류 발전기(110)는 상기 증기 터빈(100)에 회전축이 연결된 형태를 갖고, 상기 증기 터빈(100)에서 발생하는 회전력에 의해 회전 작동되며 교류전압(상용전압)을 발생시켜 본 발명 시스템 중 한전에서 제공하는 상용전압에 의해 구동되는 상기 소금 연속 용해로(30)를 제외한 각종 전장품에 구동전압으로 공급시켜 주는 기능을 수행한다.
이와 같이 본 발명에서는 용융염에서 발산되는 폐열을 이용하여 스팀 발생기(80) 내의 물을 끓여 증기를 연속해서 발생시킨 후, 이 스팀을 이용하여 증기 터빈(100)을 구동시키는 방식을 통해 24시간 동안 지속적으로 교류 발전기(110)를 가동시켜 전기를 생산할 수 있으므로 에너지 절감효과를 대폭 증진시킬 수 있음은 물론 불필요한 자원낭비를 방지할 수 있고, 전기발전에 따른 비용을 크게 줄일 수 있으며, 우량의 전기를 지속적으로 발전시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 증기 터빈(100)의 출구에 증기 통과용 배관이 관통되게 설치된 형태를 갖는 열교환기(120)를 더 설치하여 상기 증기 터빈(100)을 배출되는 증기에서 발생하는 또 다른 폐열을 이용하여 직수를 소정온도의 온수로 가열시켜 사용자에게 제공할 수 있도록 한 것을 또 다른 주요기술 구성요소로 한다.
이와 같이 소금의 생산과정 및 증기 터빈을 이용한 전기발전 과정에서 발생되는 폐열을 이용하여 온수를 가열시키면 고가의 화석연료나 상용교류전압 등을 이용한 온수 가열방식에 비해 온수 생산비 및 사용자의 온수 사용 비용을 대폭 줄일 수 있다.
한편, 상기에서 수압 탱크(90)에서 필요로 하는 물은 플로우트 스위치에 의해 개폐되는 밸브를 구비한 수도관에 연결시켜 필요에 따라 직수를 공급할 수 있는데 이 경우 불필요한 물의 낭비 및 경제적 손실을 가져올 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 증기 터빈(100)을 통해 배출되는 열기를 이용하여 온수를 가열시켜 주는 상기 열교환기(120)의 출구와 상기 수압 탱크(90)의 물 유입구 사이에는 펌프(131)를 구비한 냉각수 공급관(130)을 더 설치하여, 상기 열교환기(120) 내를 통과하며 열교환을 통해 직수를 온수로 가열시켜 줌으로 인해 증기가 냉각되며 생성된 냉각수를 상기 수압 탱크(90)로 송수시켜 줄 수 있도록 하였다.
이때, 상기 수압 탱크(90) 내에는 상한 및 하한수위 검출센서(92)(93)를 설치하고, 상기 물 유입구에는 전자밸브(94)를 설치하여 줌으로써, 상기 제어반(20)에서 상기 상한 및 하한수위 검출센서(92)(93)를 통해 수압 탱크(90) 내 수위를 검출한 결과, 하한수위에 이르른 것으로 판단될 경우 상한수위가 검출될 때까지 물 유입구에 설치되어 있는 전자밸브(94)를 열고 펌프(131)를 구동시켜 주도록 하였다.
따라서, 상기 스팀 발생기(80)에서 필요로 하는 물을 지속적으로 공급시켜 주는 수압 탱크(90)에서 필요로 하는 물을 폐수를 이용하여 지속적으로 공급시켜 줄 수 있어 불필요한 물의 낭비 및 경제적 손실을 방지할 수 있음은 물론 시스템의 운용비를 대폭 절감할 수 있다.
상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기한 실시 예 및 특허청구범위에 기재된 내용만으로 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
20 : 제어반
30 : 소금 연속 용해로
31 : 챔버
31a : 마그네트론 설치공 31b : 중공부
31c : 챔버 압력 체크밸브 31d : 그물 망
32 : 단열관 33 : 지지대
34 : 마그네트론 34a : 도파관
35 : 탄화규소 히팅관
36 : 상부 마개용 단열판 37 : 하부 마개용 단열판
36a, 37a : 원료 유입공 36b, 37b : 히팅관 삽입봉
38 : 호퍼
38a : 모터 38b : 스크류
39 : 용융염 토출구 39a : 수동 또는 자동 밸브
40 : 용융염 저장탱크
50 : 스크류 관 51 : 전자밸브
52 : 용융염 이송용 스크류 53 : 스크류 구동 모터
60 : 소금 분쇄기
70 : 소금 저장탱크
80 : 스팀 발생기
81 : 압력밸브 82 : 스팀 배출관
83 : 직수 유입관 84, 85 : 상한 및 하한수위 검출센서
90 : 수압 탱크
91 : 고압펌프 92, 93 : 상한 및 하한수위 검출센서
94 : 전자밸브
100 : 증기 터빈
110 : 교류 발전기
120 : 열교환기
130 : 냉각수 공급관 131 : 펌프
140 : 용해로 설치대
150 : 몰리브덴 코팅층
160 : 스테인레스 파이프

Claims (10)

  1. 일반 소금을 용융시켜 주는 소금 연속 용해로에 구비된 마그네트론들에 상용전압을 고주파 전압으로 변환하여 인가시켜 줌은 물론 시스템의 전반적인 제어기능을 수행하는 제어반과;
    지상에서 설치된 용해로 설치대에 소정각도로 경사지게 고정 설치된 형태를 갖고 제어반에서 고전압이 공급되면 복수의 마그네트론이 구동되며 발생하는 마이크로파에 의해 정해진 온도 이내로 유도가열되는 탄화규소 히팅관들의 내부를 통과하고 있는 일반 소금을 액체상태로 용융시켜 주는 소금 연속 용해로와;
    상기 소금 연속 용해로를 통해 용융된 후 배출되는 고온의 용융염을 열과 함께 액체상태로 저장하였다가 스크류 관을 통해 정해진 량씩 지속적으로 배출시켜 주는 용융염 저장탱크와;
    스팀 발생기를 일측에서 타측으로 관통되게 설치된 상태에서 상기 용융염 저장탱크 내에 저장되어 있는 용융염이 소정속도로 통과하며 스팀 발생기 내 물과 열교환이 이루어지며 액체 상태의 용융염이 서서히 고체상태의 소금으로 변환시켜 주는 스크류 관과;
    상기 스크류 관을 통해 배출되는 소금 덩어리를 분쇄하는 소금 분쇄기와;
    소금을 저장하는 소금 저장탱크와;
    상기 스크류 관을 통해 용융염 저장탱크 내 용융염이 이송될 때 발생하는 열에 의해 내부로 유입된 물이 끊으며 증기(스팀)가 자동 발생하는 스팀 발생기와;
    상기 스팀 발생기에서 스팀을 발생시키는데 필요한 직수를 지속적으로 공급시켜 주는 수압 탱크;를 포함한 것을 특징으로 하는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스팀 발생기의 스팀 배출관에는
    상기 스팀 발생기에서 배출되는 고압의 증기를 노즐을 통해 분출시켜 고속의 증기를 분출하고 이것을 날개 바퀴의 날개에 내뿜어 회전력을 얻어내는 증기 터빈를 설치하고,
    상기 증기 터빈의 축에는 상기 증기 터빈에서 발생하는 회전력에 의해 회전 작동되며 교류전압을 발생시켜 상기 소금 연속 용해로를 제외한 각종 전장품에 구동전압으로 공급시켜 주는 교류 발전기를 더 설치한 것을 특징으로 하는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 증기 터빈의 출구에는 상기 증기 터빈을 통해 배출되는 증기에서 발생하는 열을 이용하여 직수 통과관 내부를 흐르는 직수를 온수로 가열시켜 주는 열교환기를 더 설치한 것을 특징으로 하는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 열교환기의 출구와 상기 수압 탱크의 물 유입구 사이에는,
    상기 열교환기 내를 통과하며 생성된 냉각수를 상기 수압 탱크로 송수시켜 줄 수 있도록 펌프를 구비한 냉각수 공급관을 더 설치한 것을 특징으로 하는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 수압 탱크 내에는 상한 및 하한수위 검출센서를 설치하고, 상기 물 유입구에는 전자밸브를 설치함은 물론 상기 제어반으로 하여금 수압 탱크 내 수위가 하한수위에 이르른 것으로 판단될 경우 상한수위가 검출될 때까지 물 유입구에 설치되어 있는 전자밸브를 열고 펌프를 구동시켜 주도록 한 것을 특징으로 하는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 소금 연속 용해로는,
    소정 지름과 길이 및 체적의 원통 또는 다각형의 형상을 갖게 성형함은 물론 외측으로는 정해진 간격을 두고 복수의 마그네트론 설치공이 천공되고, 상,하 개구부는 막힌 형태를 갖는 챔버와;
    상기 챔버의 형상에 대응하여 원통 또는 다각형 형상을 갖고 상,하부로 일부가 돌출되게 상기 챔버의 내부에 삽입된 상태에서 일정 간격을 두고 설치되는 복수의 지지대를 통해 상기 챔버 내에 중공부가 형성되도록 고정 설치되는 단열관과;
    제어반으로부터 고전압이 인가되면 고주파를 발진하여 상기 챔버의 내면과 상기 단열관 외면 사이의 중공부로 마이크로파를 방출하여 탄화규소 히팅관들이 정해진 온도 내로 유도가열되게 하는 복수의 마그네트론과;
    상기 단열관 내에 설치되어 마그네트론들에서 소정대역의 마이크로파가 방출될 때 유도 가열되어 정해진 온도범위 내에서 발열하며 각각의 내부로 통과하고 있는 일반 소금이 용융되게 하는 복수의 탄화규소 히팅관과;
    상기 단열관의 상,하단부에 설치되어 탄화규소 히팅관들 사이에 형성된 공간부로 소금 및 용융염이 유입되지 않도록 하는 상,하부 마개용 단열판과;
    상기 단열관의 상부에 설치되어 일반 소금을 상기 탄화규소 히팅관들 내부로 고르게 공급시켜 주는 호퍼와;
    상기 단열관의 저부에서 용융염 저장탱크에 연결되도록 설치되어 용융염 저장탱크 측으로 배출되는 용융염의 토출량을 제어할 수 있도록 하는 용융염 토출구;로 구성한 것을 특징으로 하는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 탄화규소 히팅관의 내면에는 융점이 2,450~2,620℃이고 밀도가 10.2 g/㎤인 몰리브덴 코팅층을 더 도포하거나,
    또는 내면에 몰리브덴 코팅층을 도포한 스테인레스 파이프를 더 설치한 것을 특징으로 하는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 용융염 저장탱크 및 스크류 관은 각각 스테인레스로 성형하되, 그 내면에는 몰리브덴 코팅층을 각각 더 도포한 것을 특징으로 하는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 챔버에는 중공부 내의 공기가 열에 의해 소정압력 이상으로 팽창할 경우 자동으로 열려 챔버 내 압력을 낮춰주는 챔버 압력 체크밸브를 더 설치하되, 상기 챔버 압력 체크밸브의 입구에는 마이크로파의 유출을 방지하는 3㎜ 이하 메쉬의 그물 망을 설치한 것을 특징으로 하는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 단열관과 지지대 및 상,하부 마개용 단열판은,
    용점이 1,000~1,800℃로 높고 밀도(㎏/㎥)가 300~600을 갖는 알루미나 파이버 보드(Alumina Fiber Board)로 성형한 것을 특징으로 하는 마그네트론을 이용한 소금 생산겸 발전 시스템.
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