KR101526214B1 - 캡믹스 장치를 이용한 개방형 염도차 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캡믹스 장치(Capmix device)를 이용한 염도차 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 하이브리드 염도차 발전 시스템은 주입된 염수 및 담수를 이용하여 염도차 발전을 하고, 염수 및 담수를 배출하는 제1 염도차 발전장치와, 상기 제1 염도차 발전장치에서 배출된 염수 및 담수가 교대로 주입되는 제1 캡믹스 장치를 구비한다. 본 발명에서는 캡믹스 장치를 다른 염도차 발전 장치의 출력단에 연결하여 사용한다. 또한 본 발명은 적어도 2개의 캡믹스 장치를 병렬로 연결하고 염수와 담수를 교차로 주입한다. 이로써 본 발명은 높은 발전 효율을 갖는 염도차 발전 시스템을 제공할 수 있다.

Description

캡믹스 장치를 이용한 개방형 염도차 발전 시스템 {A SALINITY GRADIENT POWER GENERATION SYSTEM USING A CAPMIX DEVICE}

본 발명은 염도차 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 캡믹스 장치(Capmix device)를 이용한 염도차 발전 시스템에 관한 것이다.

경제 발전과 인구 증가에 따라 에너지 소비량은 지속적으로 증가하고, 매장된 석유 자원은 고갈되어감에 따라 신재생에너지의 필요성은 절대적이다. 그 중에서도 현재까지 미미하게 이용되는 해양에너지(Blue Energy)를 통한 발전 가능성의 현실화는 절대적으로 필요하다 할 것이다.

수력발전은 발전소를 건설할 수 있는 장소적 제약이 크고 발전소 건설비용이 막대한 문제점이 있다. 풍력발전 역시 건설할 수 있는 장소적 제약이 클 뿐만 아니라, 바람의 세기가 시간에 따라 변화하기 때문에 일정한 세기의 전력을 생산하는 것이 어렵다. 태양열 발전을 위해서는 거대한 공간을 필요로 할 뿐만, 아니라 발전량도 적고 날씨에 따라 발전효율이 크게 달라서 아직까지 보조적인 전력공급원으로 사용되고 있는 현실이다.

이에 비해 염도차 발전 시스템(salinity gradient power generation system)는 기후와 시간에 제약을 받지 않는 전천후 발전장치로서, 친환경적이며 발전의 영속성을 유지할 수 있는 장점이 있다. 해양 염분차 발전을 통해 1톤당 획득 에너지량은 1.7MJ이나, 지구 표면적의 71%를 차지하는 전체 해수(海水)의 양을 볼 때 본 기술의 경제적 및 산업적 파급효과는 너무나 크다.

염도차 발전 방법으로 현재까지 주로 연구된 것은 압력지연삼투(Pressure Retarded Osmosis : PRO) 방식과 역전기투석(Reverse ElectroDialysis : RED) 방식이다.

본 발명은 캡믹스 방식을 이용하여 높은 발전 효율을 갖는 염도차 발전 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한 본 발명은 PRO 장치 또는 RED 장치와 같은 다른 염도차 발전 장치에 캡믹스 장치를 결합하여 높은 발전 효율을 갖는 염도차 발전 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하이브리드 염도차 발전 시스템으로서, 주입된 염수 및 담수를 이용하여 염도차 발전을 하고, 염수 및 담수를 배출하는 제1 염도차 발전장치와, 상기 제1 염도차 발전장치에서 배출된 염수 및 담수가 교대로 주입되는 제1 캡믹스 장치를 구비하는 것을 일 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 염도차 발전장치에서 배출된 염수 및 담수가 교대로 주입되는 제2 캡믹스 장치와, 상기 제1 캡믹스 장치에 염수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 담수를 제공하고, 상기 제1 캡믹스 장치에 담수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 염수를 제공하는 교차밸브를 더 구비한다. 상기 제1 염도차 발전장치는 PRO 또는 RED, 또는 그것들의 조합으로 구현된다.

또한 본 발명은 염수 및 담수가 교대로 주입되는 제1 캡믹스 장치 및 제2 캡믹스 장치와, 상기 제1 캡믹스 장치에 염수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 담수를 제공하고, 상기 제1 캡믹스 장치에 담수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 염수를 제공하는 교차밸브를 구비하는 것을 다른 특징으로 한다.

본 발명에서는 캡믹스 장치를 다른 염도차 발전 장치의 출력단에 연결하여 사용한다. 또한 본 발명은 적어도 2개의 캡믹스 장치를 병렬로 연결하고 염수와 담수를 교차로 주입한다. 이로써 본 발명은 높은 발전 효율을 갖는 염도차 발전 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 교차밸브가 캡믹스 장치에 교대로 염수와 담수를 제공하는 방법을 설명하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 실시 예들을 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 가급적 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 염도차 발전 시스템 구성도이다. 도시된 바와 같이, 염도차 발전 시스템(100)은 PRO 장치(10), RED 장치(40), 2개의 캡믹스 장치(50, 52)를 구비하고 있다.

담수는 펌프(4)를 통해 압력이 인가되어 PRO 장치(10)의 제1 공간(12)에 주입된다. 15~20 wt%의 고농도 염수는 펌프(2)를 통해 압력이 인가되며, 압력회수장치(20)를 경유하여 PRO 장치(10)의 제2 공간(14)에 주입된다. 제1 공간(12)과 제2 공간(14)은 반투막(16)에 의해 구획되어 있다. 삼투압의 차이에 의해 제1 공간(12)에 주입된 담수는 삼투막(16)을 통과하여 제2 공간(14)로 이동한다. 제2 공간(14)으로 이동한 담수는 고농도 염수와 섞이면서 5~10 wt% 저농도 염수로 된다. 제2 공간(14)에서 배출된 저농도 염수의 일부는 터빈(30)을 돌려 전력을 생산하고, 다른 일부는 압력회수장치(20)로 주입된다. 압력회수장치(20)는 주입된 저농도 염수로부터 압력을 회수하여 제2 공간(14)으로 주입되는 고농도 염수를 가압한다.

펌프(18)는 PRO 장치(10)의 제1 공간(12)에서 배출된 담수를 RED 장치(40)에 제공한다. 펌프(18)는 RED 장치(40)의 고효율화를 위해 제1 공간(12)에서 배출된 담수의 압력을 적당하게 조절한다. 압력회수장치(20)와 터빈(30)를 통과한 저농도 염수는 펌프(32)를 통해 가압된 후에 RED 장치(40)에 제공된다. RED 장치(40)는 제공된 저농도 염수와 담수를 이용하여 전력을 생산하고 교차밸브(42)로 제공한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 교차밸브(42)가 캡믹스 장치(50, 52)에 교대로 염수와 담수를 제공하는 방법을 설명하는 도면이다. 교차밸브(42)는 캡믹스 장치(50)에 저농도 염수와 담수를 교대로 제공한다. 또한 교차밸브(42)는 캡믹스 장치(52)에 담수와 저농도 염수를 교대로 제공한다.

캡믹스 장치(50, 52)에 염수가 제공되면 Na+, Cl-가 분리되어 캡믹스 장치(50, 52)의 양쪽 전극부(도시되지 않음)에 저장되고, 저장이 끝난 후 담수가 주입되면 양쪽 전극부에서 이온들이 빠져나오면서 발전이 이루어진다. 캡믹스 장치(50, 52)를 통과한 염수와 담수는 서로 섞이게 되므로 다른 염도차 발전 장치와 결합하여 사용할 때는 다른 염도차 발전 장치의 출력단에 연결한다.

교차밸브(42)에 의해 캡믹스 장치(50)에 염수가 주입될 때 캡믹스 장치(52)에는 담수가 주입된다. 반대로 캡믹스 장치(50)에 담수가 주입될 때 캡믹스 장치(52)에는 염수가 주입된다. 이와 같이 하여 두 개의 캡믹스 장치(50, 52)는 교대로 발전을 하게 되며 전체적으로 연속적인 출력을 발생하게 된다.

결국, 염도차 발전 시스템(100)은 제공된 고농도 염수와 담수를 이용하여 PRO 장치(10)에서 첫 번째 발전을 하고, RED 장치(40)에서 두 번째 발전을 하며, 병렬로 연결된 두 개의 캡믹스 장치(50, 52)에서 세 번째 발전을 하므로써 높은 발전 효율을 얻을 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (5)

1. 주입된 염수 및 담수를 이용하여 염도차 발전을 하고, 염수 및 담수를 배출하는 제1 염도차 발전장치와,
   상기 제1 염도차 발전장치에서 배출된 염수 및 담수를 주입받아 염수와 담수를 교대로 배출하는 교차밸브와,
   상기 교차밸브를 통해 교대로 제공되는 염수 및 담수를 이용하여 캡믹스 방식으로 발전을 하는 제1 캡믹스 장치 및 제2 캡믹스 장치를 구비하고,
   상기 교차밸브는 상기 제1 캡믹스 장치에 염수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 담수를 제공하고, 상기 제1 캡믹스 장치에 담수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 염수를 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 염도차 발전 시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 염도차 발전장치는 PRO 또는 RED로 구현되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 염도차 발전 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 염도차 발전장치는 PRO 및 RED의 조합으로 구현되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 염도차 발전 시스템.
   
5. 염수 및 담수가 교대로 주입되는 제1 캡믹스 장치 및 제2 캡믹스 장치와,
   상기 제1 캡믹스 장치에 염수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 담수를 제공하고, 상기 제1 캡믹스 장치에 담수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 염수를 제공하는 교차밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 염도차 발전 시스템.

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