KR101630601B1 - 삼투압 실습장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼투압 실습장치에 관한 것으로서, 담수와 염수의 삼투압을 이용하여 에너지를 생산하는 삼투압 실습장치에 있어서,상기 삼투압 실습장치는 담수가 투입되는 담수투입구와 상기 담수투입구를 통해 유입되는 담수가 저장되는 담수저장부; 및 염수가 투입되는 염수투입구와 상기 염수투입구를 통해 유입되는 염수가 저장되는 담수저장부; 및 상기 담수저장부와 상기 염수저장부가 만나는 중앙부에 형성되는 멤브레인;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하였다.
또한, 상기 멤브레인은 순수 물만 통과하는 반투과성 분리막으로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 염수투입구의 측부에는 염수캡이 더 형성되고 상기 염수캡을 관통하여 형성되는 염수레벨게이지가 더 구비되는 것을 특징으로 하여 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제를 해결하고자 하였다.

Description

삼투압 실습장치{TRAINING APPARATUS FOR OSMOTIC PRESSURE}

본 발명은 삼투압 실습장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 삼투압의 원리를 체험실습을 통해 습득하도록 하여 자기 주도적 학습능력과 창의적, 과학적 사고력을 신장시키고 나아가 삼투압을 이용한 에너지 생산지식에 대한 밑바탕을 학습할 수 있도록 하는 삼투압 실습장치에 관한 것이다.

삼투압현상은 순수한 용매를 포함한 저농도 용액에서 고농도 용액쪽으로 반투과성막을 경계로 용매가 이동하는 현상이며, 삼투압은 이때 용매가 이동하려는 힘을 지칭한다.

이러한 삼투압 현상은 배추에 소금을 절일 때나 소금을 많이 섭취하면 얼굴이나 손 발이 붓는 현상등 일상생활에서도 쉽게 발견할 수 있는데, 최근에는 이러한 삼투압 현상을 이용해서 에너지를 창출하는 압력지연 삼투발전이 연구되고 있는 실정이다.

압력지연 삼투발전은 해수와 담수의 염분농도 차로 발생하는 삼투압력을 지연시켜 발생하는 압력차로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것으로 두 종류의 물이 근접하는 장소에서 전기 생산이 가능하다.

상기한 압력지연 삼투발전은 염분차 발전중 하나의 일환으로 풍력과 태양에너지 등의 재생가능한 에너지원에 비해 정기적으로 에너지를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 이러한 삼투압을 이용해 에너지를 생산하는 연구가 진행되고 있는 것에 비해, 삼투압의 원리를 과학적으로 설명할 수 있는 교육장치의 존재는 미비한 실정이며, 창조경제가 확대되고 있는 추세인 최근에는 이러한 과학교육의 중요성이 더욱 커지고 있지만, 과학교육에 사용되는 실습장치등은 미비한 실정이다.

KR 10-1306401 B1 KR 10-2010-0067830 A

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 실험을 통해 삼투압의 원리를 쉽게 습득하도록 하고 나아가 과학원리를 쉽게 이해하도록 하여 자기 주도적 학습능력과 창의적, 과학적 사고력을 신장시킬 수 있도록 하는 삼투압 실습장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 삼투압 실습장치는 담수와 염수의 삼투압을 이용하여 에너지를 생산하는 삼투압 실습장치에 있어서,상기 삼투압 실습장치는 담수가 투입되는 담수투입구와 상기 담수투입구를 통해 유입되는 담수가 저장되는 담수저장부; 및 염수가 투입되는 염수투입구와 상기 염수투입구를 통해 유입되는 염수가 저장되는 담수저장부; 및 상기 담수저장부와 상기 염수저장부가 만나는 중앙부에 형성되는 멤브레인;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하였다.

또한, 상기 멤브레인은 순수 물만 통과하는 반투과성 분리막으로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 염수투입구의 측부에는 염수캡이 더 형성되고 상기 염수캡을 관통하여 형성되는 염수레벨게이지가 더 구비되는 것을 특징으로 하여 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제를 해결하고자 하였다.

본 발명의 삼투압 실습장치에 의하면, 삼투압의 원리를 체험을 통해 실습함으로써 과학원리를 쉽게 이해하고, 나아가 삼투압을 이용해 에너지를 생산하는 염분차발전에 대한 기본지식을 습득하여 신재생 에너지에 대한 발전에 이바지할 수 있는 교육장치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 정확한 삼투압 측정을 통해 기초자료로 사용될 수 있는 다양한 실험데이터를 추출하도록 하고, 실험실습의 진행을 용이하게 하여 학습능력을 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 삼투압 실습장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 삼투압 실습장치의 측면도.
도 3은 본 발명의 삼투압 실습장치에 담수와 염수가 저장된 모습을 나타낸 단면도.

이하, 본 발명에 따른 삼투압 실습장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 삼투압 실습장치의 사시도이고 도 2는 본 발명의 삼투압 실습장치의 측면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 삼투압 실습장치(1)는 상기 삼투압 실습장치(1)의 양측에 끝단에 지지부(40)가 형성되고 중앙부에 멤브레인(30)이 형성되며 상기 멤브레인(30)의 측면에 각각 담수저장부(20)와 염수저장부(10)가 형성된다.

또한, 상기 염수저장부(10)의 상부에는 염수가 투입되는 염수투입구(11)가 형성되고, 상기 담수저장부(20)의 상부에는 담수가 투입되는 담수투입구(21)가 형성되며 상기 염수캡(12)을 관통하여 형성되는 염수 레벨게이지가 더 구비되어 본 발명의 삼투압 실습장치(1)가 이루어진다.

상기 담수저장부(20)와 상기 염수저장부(10)는 담수와 염수의 압력을 견딜 수 있도록 단단한 재질로 이루어지며, 외주연이 방수처리되어 짙은 농도의 염수가 저장되어도 부식이 발생되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기 담수저장부(20)와 염수저장부(10)는 원통형의 형상으로 각각 동일한 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 염수저장부(10)에 담겨지는 염수는 1만~10만mg/L의 염분이 포함되어 있는 것이 사용되는 것이 바람직하며 상기 염수저장부(10)에 담겨지는 염수의 양은 1~3L으로 하는 것이 바람직하며, 실습장소와 규모에 따라 상기 염수저장부(10)의 크기를 다르게 하여 실습이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 담수저장부(20)에 담겨지는 담수는 0~1000mg/L의 염분이 포함되는 것이 바람직하며 상기 담수저장부(20)도 상기 염수저장부(10)와 마찬가지로 크기를 다르게 형성하여 실습이 용이하게 이루어질 수 있도록 하되, 상기 염수저장부(10)와는 항상 동일한 크기로 형성되도록 한다.

상기 염수저장부(10) 및 상기 담수저장부(20)의 각 일측에 형성되는 상기 지지부(40)는 상기 삼투압 실습장치(1)가 지면으로부터 안정적으로 지지되도록 단단한 금속재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 담수저장부(20) 및 상기 염수저장부(10)의 상부에는 각각 담수캡(22)과 염수캡(12)이 더 형성되는데 상기 담수캡(22)과 상기 염수캡(12)은 상기 담수저장부(20) 및 상기 염수저장부(10)의 상부에 각각 형성되는 상기 담수투입구(21) 및 상기 염수투입구(11)의 측면에 형성되어 상기 담수저장부(20) 및 상기 염수저장부(10)에 담겨진 염수 및 담수의 양을 육안으로 확인할 수 있도록 하고, 다른 실험들을 용이하게 할 수 있도록 한다.

이때 상기 염수캡(12)의 상부에는 상기 염수캡(12)을 관통하여 형성되는 상기 염수레벨게이지(13)가 형성되어 삼투압 차이에 의한 염수의 이동을 육안으로 용이하게 확인할 수 있도록 하였고, 상기 염수레벨게이지(13)에 눈금을 더 형성하여 정확한 삼투압을 측정할 수 있도록 하였다.

상기 담수저장부(20)와 상기 염수저장부(10)가 만나는 중앙부에는 상기 멤브레인(30)이 형성된다.

상기 멤브레인(30)은 염용액(NaCl)·콜로이드 용액·혼합기체와 같은 혼합물의 일부 성분은 통과시키지만, 그 외 용질등의 다른 성분은 통과시키지 않는 막인 반투막(半透膜)으로 형성되어 상기 담수저장부(20)와 상기 염수저장부(10)에 저장되는 담수 및 염수가 용이하게 이동되도록 이루어진다.

이때 상기 멤브레인(30)은 상기 담수저장부(20)와 상기 염수저장부(10)가 만나는 지점의 정중앙에 위치되어 정확한 삼투압의 측정이 가능하도록 형성되는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 삼투압 실습장치에 담수와 염수가 저장된 모습을 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 멤브레인(30)을 기준으로 하여 좌측에 형성되는 염수저장부(10)에는 염수가 저장되고 우측에 형성되는 담수저장부(20)에 담수가 저장된다.

이때 각각의 저장부에는 동일한 용량의 담수와 염수가 저장되는 것이 바람직하며 상기 담수저장부(20)와 상기 염수저장부(10)에 각각 염수와 담수가 투입되면 상기 담수저장부(20)와 상기 염수저장부(10)의 중간에 위치된 멤브레인(30)을 기준으로 담수와 염수가 대치된다.

상기 멤브레인(30)은 통상 순수 물만 통과하는 반투과성 분리막으로서, 해수담수화용 분리막(seawater desalination membrane), 역삼투압 분리막(Reverse Osmosis membrane), 정삼투압 분리막(Forward Osmosis membrane), 나노필터분리막(NF membrane) 및 한외필터분리막(UF membrane)이 사용된다.

이처럼 담수와 염수가 대치되도록 상기 염수저장부(10)와 상기 담수저장부(20)에 염수와 담수를 투입한 후, 시간이 경과하면 삼투압의 원리에 따라 상기 염수저장부(10)에 저장된 염수가 상기 담수저장부(20) 방향으로 이동하게 된다.

상기 담수저장부(20)에 저장된 담수가 상기 염수저장부(10)로 이동하게 되면 이동된 담수의 양만큼 상기 염수레벨게이지(13)의 게이지가 올라가게 된다.

즉, 상기 염수레벨게이지(13)를 통해 상기 담수저장부(20)에 저장된 담수가 얼만큼 상기 염수저장부(10)로 이동하였는지를 알 수 있게 되며, 이에 따라 삼투압을 용이하게 확인할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 삼투압 실습장치에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

1 : 삼투압 실습장치 10 : 염수저장부
11 : 염수투입구 12 : 염수캡
13 : 염수레벨게이지 20 : 담수저장부
21 : 담수투입구 22 : 담수캡
30 : 멤브레인 40 : 지지부
100 : 염수 110 : 담수

Claims (4)

1. 삼투압의 원리를 이해하기 위해 사용되는 삼투압 실습장치에 있어서,
   상기 삼투압 실습장치는 담수가 투입되는 담수투입구가 구비되고 상기 담수투입구를 통해 유입되는 담수가 저장되는 담수저장부; 및
   염수가 투입되는 염수투입구가 구비되고 상기 염수투입구를 통해 유입되는 염수가 저장되는 염수저장부; 및
   상기 염수저장부에 담겨지는 염수에는 1만~10만mg/L의 염분이 포함되고 상기 담수저장부에 담겨지는 담수에는 0~1000mg/L의 염분이 포함되며, 상기 담수저장부와 상기 염수저장부가 만나는 중앙부에 순수 물만 통과하는 반투과성 분리막의 멤브레인; 및
   상기 염수투입구의 측부에 염수캡을 관통하여 형성되는 염수레벨게이지;
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼투압 실습장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 염수저장부 및 상기 담수저장부의 상부에는 염수캡과 담수캡이 더 형성되어 상기 염수저장부 및 상기 담수저장부 내의 염수 및 담수의 잔여용량을 확인할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 삼투압 실습장치.

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