KR101702850B1 - 독립형 태양광 해수담수화 모듈 - Google Patents

독립형 태양광 해수담수화 모듈

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Abstract

본 발명은 태양광 발전을 통해 담수 처리에 필요한 전기 에너지를 자체적으로 생산하는 동시에 태양광의 열에너지로 해수를 가열하여 해수의 담수화를 가능하게 하는 독립형 태양광 해수담수화 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 독립형 태양광 해수담수화 모듈은 외부로부터 유입되는 해수를 저장하여 강제 순환시키는 해수 공급부와, 태양광을 일초점으로 집광시키며, 태양광이 집광된 열에너지로 해수 공급부에 의해 순환되는 해수를 가열하여 수증기를 생성시키는 태양광 집열부와, 상기 태양광 집열부에 의해 생성된 수증기를 포집한 후에 응축하여 담수화하는 담수 생산부 및 해수의 담수 처리에 필요한 전기 에너지를 자체적으로 생산 가능하게 하는 태양광 발전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

독립형 태양광 해수담수화 모듈{Solar desalination modules for stand-alone}
본 발명은 독립형 태양광 해수담수화 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전을 통해 담수 처리에 필요한 전기 에너지를 자체적으로 생산하는 동시에 태양광의 열에너지로 해수를 가열하여 해수의 담수화를 가능하게 하는 독립형 태양광 해수담수화 모듈에 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.
이와 같은 해수의 담수화 장치는 역삼투법을 이용한 장치와 전기 투석법을 이용한 장치 및 증류법을 이용한 장치로 대별될 수 있으며, 이 중에서 많은 양의 해수를 비교적 빨리 담수화할 수 있다는 이점으로 인해, 증류법을 이용한 해수의 담수화 장치가 약 70％ 이상을 차지하고 있다.
그러나 이러한 증류법을 이용한 해수의 담수화 장치는 설치 및 유지 보수에 따른 비용이 과다하게 소요될 수 있다는 점에서 비경제적일 뿐만 아니라, 담수화하는데 필요한 에너지를 외부로부터 공급받아야 한다는 점에서 비효율적인 측면이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 태양광 발전을 통해 담수 처리에 필요한 전기 에너지를 자체적으로 생산하는 동시에 태양광의 열에너지로 해수를 가열하여 해수의 담수화를 가능하게 하는 독립형 태양광 해수담수화 모듈을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적은 외부로부터 유입되는 해수를 저장하여 강제 순환시키는 해수 공급부와, 태양광을 일초점으로 집광시키며, 태양광이 집광된 열에너지로 해수 공급부에 의해 순환되는 해수를 가열하여 수증기를 생성시키는 태양광 집열부와, 상기 태양광 집열부에 의해 생성된 수증기를 포집한 후에 응축하여 담수화하는 담수 생산부 및 해수의 담수 처리에 필요한 전기 에너지를 자체적으로 생산 가능하게 하는 태양광 발전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 해수담수화 모듈을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 해수 공급부는 외부로부터 해수를 공급받아 저장하는 해수탱크와, 상기 해수탱크에 저장된 해수가 상기 태양광 집열부를 통과하여 순환될 수 있는 이동경로를 형성하는 순환관과, 상기 순환관으로 해수가 원활하게 이동될 수 있게 상기 태양광 발전부로부터 전원을 공급받아 동력을 발생시키는 해수펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 태양광 집열부는 입사되는 태양광이 일초점으로 집광될 수 있도록 상부면이 오목한 형상으로 형성되는 반사경과, 상기 반사경의 상부에 이격 위치되어 상기 반사경에 의해 집광된 태양광의 열에너지로 상기 해수 공급부에 의해 순환되는 해수를 가열하는 가열기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 가열기는 상기 해수 공급부에 의해 순환되는 해수가 태양광의 열에너지로 가열될 수 있는 공간을 형성하는 본체 케이스와, 상기 본체 케이스의 바닥면에 위치하여 상기 반사경에 의해 일초점으로 집광되는 태양광을 투과 및 포집하여 상기 본체 케이스의 내부 온도를 상승시키는 집광렌즈와, 상기 본체 케이스 하부에 슬라이딩 결합 및 분리되어 가열시 해수의 증발로 인해 발생되는 염분을 수거 처리할 수 있는 수거 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 담수 생산부는 상기 태양광 집열부에서 생성된 수증기의 이동 경로를 형성하는 이동관과, 상기 이동관 상에 위치하여 수증기가 일방향으로 이동될 수 있도록 상기 태양광 발전부로부터 전원을 전달받아 동력을 발생시키는 담수펌프와, 상기 태양광 집열부에서 생성된 수증기가 응축되어 담수화될 수 있도록 상기 해수 공급부에 의해 순환되는 해수와 열교환시키는 열교환기와, 상기 열교환기에 의해 수증기가 응축된 담수를 저장하는 담수탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 태양광 발전부는 입사되는 태양광을 포집하는 집광기와, 상기 집광기에 의해 포집된 태양광을 저장하기 위한 축전지와, 상기 축전기의 DC전원을 AC전원으로 변화시켜 상기 해수 공급부와 상기 담수 생산부에서 사용되는 펌프에 전원을 공급 가능하게 하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 독립형 태양광 해수담수화 모듈에 의하면, 별도의 에너지 공급 없이도 담수 처리에 필요한 태양광의 열에너지와 전기 에너지를 자체적으로 생산할 수 있어 유지 관리비가 절감되어 경제적인 효과는 물론 친환경적인 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 태양광 해수담수화 모듈의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 태양광 해수담수화 모듈의 태양광 집열부를 나타낸 단면 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 태양광 해수담수화 모듈의 태양광 집열부 작동을 나타낸 사시도.
이하에는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 독립형 태양광 해수담수화 모듈(1)은 도 1에서 도시한 바와 같이, 외부로부터 유입되는 해수를 저장하여 강제 순환시키는 해수 공급부(100)와, 태양광을 일초점으로 집광시키며, 태양광이 집광된 열에너지로 해수 공급부(100)에 의해 순환되는 해수를 가열하여 수증기를 생성시키는 태양광 집열부(200)와, 태양광 집열부(200)에 의해 생성된 수증기를 포집한 후에 응축하여 담수화하는 담수 생산부(300) 및 해수의 담수 처리에 필요한 전기 에너지를 자체적으로 생산 가능하게 하는 태양광 발전부(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 해수담수화 모듈.
이하에는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 독립형 태양광 해수담수화 모듈(1)의 구성 부재 및 그 연결 관계에 대해 설명하면 다음과 같다.
여기서, 해수 공급부(100)는 외부로부터 공급되는 해수가 태양광 열에너지의 가열에 의해 증발되어 염분이 제거된 수증기로 기화할 수 있게 해수를 추후에 설명될 태양광 집열부(200)에 통과되도록 강제 순환시키는 역할을 한다.
이와 같은 전술한 해수탱크(110)는 크게 해수탱크(110), 순환관(120), 해수펌프(130)로 구성되는데, 전술한 해수탱크(110)는 외부로부터 유입되는 해수를 저장하고, 전술한 순환관(120)은 해수탱크(110)에 저장된 해수가 추후에 설명될 태양광 집열부(200)를 통과하여 순환될 수 있는 이동경로를 형성하며, 전술한 해수펌프(130)는 순환관(120)으로 해수가 원활하게 이동될 수 있도록 추후에 설명될 태양광 발전부(400)로부터 전원을 공급받아 동력을 발생시킨다.
이때 전술한 순환관(120)은 해수펌프(130)의 작동 여부에 의해 해수탱크(110)에 저장된 해수를 태양광 집열부(200)에 공급한 후에 다시 해수탱크(110)로 회수될 수 있는 이동 경로로 형성되되, 추후에 설명될 태양광 집열부(200)의 가열기(220) 내에서는 일부가 절단된 형태로 이격 위치되는 것이 바람직하고, 전술한 해수펌프(130)는 해수가 추후에 설명될 태양광 집열부(200)에 공급되는 순환관(120) 상에 위치 설치되는 것이 바람직하다.
즉, 전술한 순환관(120)은 추후에 설명될 태양광 집열부(200)의 가열기(220) 내에서 절단되는 형태로 이격 위치됨으로써, 가열기(220)를 통과하는 해수에 태양광의 열에너지를 직접적으로 전달하여 수증기로 기화시킬 수 있음은 물론, 기화시 해수에 포함된 염분을 분리할 수 있는 것이다.
전술한 해수 공급부(100)에 의해 강제적으로 순환되는 해수를 가열하는 태양광 집열부(200)가 구비되는데, 이 태양광 집열부(200)는 해수가 담수로 만들어질 수 있도록 태양광이 집광된 열에너지로 해수를 가열하여 염분이 제거된 수증기를 생성시키는 역할을 한다.
이와 같은 태양광 집열부(200)는 도 2에서 도시한 바와 같이 입사되는 태양광이 일초점으로 집광될 수 있도록 상부면이 오목한 형상으로 형성되는 반사경(210)과, 반사경(210)의 상부에 이격 위치되어 반사경(210)에 의해 집광된 태양광의 열에너지로 해수 공급부(100)에 의해 순환되는 해수를 가열하여 수증기를 생성시키는 가열기(220)로 구성되는데, 이때 전술한 가열기(220)는 본체 케이스(221), 집광렌즈(222), 수거 플레이트(223)로 이루어진다.
이를 좀더 구체적으로 설명하면, 본체 케이스(221)는 전술한 해수 공급부(100)의 순환관(120)에 의해 순환되는 해수가 태양광의 열에너지로 가열될 수 있는 공간을 형성하여 내부에 전술한 해수 공급부(100)의 순환관(120)과 추후에 설명될 담수 생산부(300)의 이동관(310)의 설치를 가능하게 한다. 이때 전술한 순환관(120)은 본체 케이스(221)의 수평 방향으로 위치되고, 이동관(310)은 본체 케이스(221)의 상부에 수직 방향으로 위치되는 것이 바람직하다.
그리고 집광렌즈(222)는 전술한 본체 케이스(221)의 하단부에 위치되어 반사경(210)에 의해 일초점으로 집광되는 태양광의 열에너지를 포집하여 본체 케이스(221)의 내부 온도를 상승시킨다. 이때 본체 케이스(221)의 내부에서 상승되는 온도는 100℃ 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
아울러, 수거 플레이트(223)는 도 3에서 도시한 바와 같이 전술한 집광렌즈(222)의 상측으로 소정 이격 위치되어 본체 케이스(221)에 슬라이딩 결합 및 분리 가능하게 설치되는 것으로, 집광렌즈(222)에 의해 본체 케이스(221)의 내부 온도가 상승하여 통과되는 해수를 기화시키면, 기화시 해수에서 분리되는 염분을 수거하여 별도로 처리할 수 있게 한다.
전술한 태양광 집열부(200)에 의해 해수가 기화된 수증기를 담수화하는 담수 생산부(300)가 구비되는데, 이 담수 생산부(300)는 태양광 집열부(200)에 의해 해수의 가열로 생성된 수증기를 포집한 후에 응축하여 담수화시키는 역할을 하는 것으로 이동관(310), 담수펌프(320), 열교환기(330), 담수탱크(340)로 이루어진다.
이를 좀더 구체적으로 설명하면, 전술한 이동관(310)은 전술한 태양광 집열부(200)의 가열기(220) 내에서 해수의 가열로 인해 생성된 수증기의 이동 경로를 형성하고, 전술한 담수펌프(320)는 전술한 해수펌프(130)와 마찬가지로 추후에 설명될 태양광 발전부(400)로부터 전원을 전달받아 동력을 발생시켜 수증기를 이동관(310) 내로 이동시킨다.
아울러 전술한 열교환기(330)는 수증기를 응축시켜 담수화될 수 있도록 담수펌프(320)에 의해 이동관(310)으로 이동되는 수증기와 전술한 해수 공급부(100)의 순환관(120) 내에서 이동하는 해수를 열교환시키고, 전술한 담수탱크(340)는 열교환기(330)에 의해 수증기가 응측된 담수를 저장시킨다.
한편, 태양광 발전을 통해 담수 처리에 필요한 전기 에너지를 자체적으로 생산하는 태양광 발전부(400)가 구비되는데, 이 태양광 발전부(400)는 해수의 담수화가 원활하게 이루어질 수 있도록 해수 공급부(100)의 해수펌프(130)와 담수 생산부(300)의 담수펌프(320)에 각각 전원을 공급 가능하게 하는 역할을 한다.
이와 같은 태양광 발전부(400)는 입사되는 태양광을 고밀도로 포집하는 집광기(410)와, 집광기(410)에 의해 포집된 태양광을 저장하기 위한 축전지(420)와, 축전기(420)의 DC전원을 AC전원으로 변화시켜 해수 공급부(100)에서 사용되는 해수펌프(130)와 담수 생산부(300)에서 사용되는 담수펌프(320)에 전원을 공급 가능하게 하는 인버터(430)로 구성된다.
이하에는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 독립형 태양광 해수담수화 모듈(1)의 전체적인 작동 관계에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 태양광 집열부(200)의 반사경(210)으로 입사되는 태양광을 가열기(220)에 집광하여 태양광 열에너지로 가열기(220)의 내부 온도를 100℃ 이상 상승시킨다. 이때 태양광 발전부(400)는 별도로 태양광을 포집하여 전기 에너지로 변환시킨 후에 해수펌프(130)와 담수펌프(320)에 각각 전기 에너지를 공급한다.
그런 다음, 해수탱크(110) 내에 저장된 해수가 해수펌프(130)에 의해 순환관(120)의 경로를 따라 가열기(220)를 거쳐 순환 이동되는데, 이때 가열기(220)를 통과하는 해수는 가열기(220)의 내부 온도 즉, 집광된 태양광의 열에너지에 의해 염분이 제거된 수증기로 기화된다.
그런 다음, 염분이 제거된 수증기는 담수펌프(320)에 의해 이동관(310)의 경로를 따라 담수탱크(340)로 이동하여 저장되는데, 이때 담수탱크(340)로 이동되는 수증기는 열교환기(330)에 의해 순환관(120) 내에 흐르는 해수와 열교환되어 액화된다.
따라서, 별도의 에너지 공급 없이도 담수 처리에 필요한 태양광의 열에너지와 전기 에너지를 자체적으로 생산할 수 있어 친환경적인 요인은 물론, 유지 관리비가 절감되어 경제적인 이점이 있는 것이다.
1: 해수담수화 모듈
100: 해수 공급부
110: 해수탱크
120: 순환관
130: 해수펌프
200: 태양광 집열부
210: 반사경
220: 가열기
221: 본체 케이스
222: 집광렌즈
223: 수거 플레이트
300: 담수 생산부
310: 이동관
320: 담수펌프
330: 열교환기
340: 담수탱크
400: 태양광 발전부
410: 집광기
420: 축전지
430: 인버터

Claims (6)

  1. 외부로부터 유입되는 해수를 저장하여 강제 순환시키는 해수 공급부;
    태양광을 일초점으로 집광시키며, 태양광이 집광된 열에너지로 해수 공급부에 의해 순환되는 해수를 가열하여 수증기를 생성시키는 태양광 집열부;
    상기 태양광 집열부에 의해 생성된 수증기를 포집한 후에 응축하여 담수화하는 담수 생산부; 및
    해수의 담수 처리에 필요한 전기 에너지를 자체적으로 생산 가능하게 하는 태양광 발전부;를 포함하고,
    상기 태양광 집열부는
    입사되는 태양광이 일초점으로 집광될 수 있도록 상부면이 오목한 형상으로 형성되는 반사경과,
    상기 반사경의 상부에 이격 위치되어 상기 반사경에 의해 집광된 태양광의 열에너지로 상기 해수 공급부에 의해 순환되는 해수를 가열하는 가열기를 포함하고,
    상기 가열기는
    상기 해수 공급부에 의해 순환되는 해수가 태양광의 열에너지로 가열될 수 있는 공간을 형성하는 본체 케이스와,
    상기 본체 케이스의 바닥면에 위치하여 상기 반사경에 의해 일초점으로 집광되는 태양광을 투과 및 포집하여 상기 본체 케이스의 내부 온도를 상승시키는 집광렌즈와,
    상기 본체 케이스 하부에 슬라이딩 결합 및 분리되어 가열시 해수의 증발로 인해 발생되는 염분을 수거 처리할 수 있는 수거 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 해수담수화 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 해수 공급부는
    외부로부터 해수를 공급받아 저장하는 해수탱크와,
    상기 해수탱크에 저장된 해수가 상기 태양광 집열부를 통과하여 순환될 수 있는 이동경로를 형성하는 순환관과,
    상기 순환관으로 해수가 원활하게 이동될 수 있게 상기 태양광 발전부로부터 전원을 공급받아 동력을 발생시키는 해수펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 해수담수화 모듈.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 담수 생산부는
    상기 태양광 집열부에서 생성된 수증기의 이동 경로를 형성하는 이동관과,
    상기 이동관 상에 위치하여 수증기가 일방향으로 이동될 수 있도록 상기 태양광 발전부로부터 전원을 전달받아 동력을 발생시키는 담수펌프와,
    상기 태양광 집열부에서 생성된 수증기가 응축되어 담수화될 수 있도록 상기 해수 공급부에 의해 순환되는 해수와 열교환시키는 열교환기와,
    상기 열교환기에 의해 수증기가 응축된 담수를 저장하는 담수탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 해수담수화 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양광 발전부는
    입사되는 태양광을 포집하는 집광기와,
    상기 집광기에 의해 포집된 태양광을 저장하기 위한 축전지와,
    상기 축전지의 DC전원을 AC전원으로 변화시켜 상기 해수 공급부와 상기 담수 생산부에서 사용되는 펌프에 전원을 공급 가능하게 하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립형 태양광 해수담수화 모듈.
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