KR101705783B1 - Independent power providing apparatus based on the salinity gradient - Google Patents

Independent power providing apparatus based on the salinity gradient Download PDF

Info

Publication number
KR101705783B1
KR101705783B1 KR1020140083813A KR20140083813A KR101705783B1 KR 101705783 B1 KR101705783 B1 KR 101705783B1 KR 1020140083813 A KR1020140083813 A KR 1020140083813A KR 20140083813 A KR20140083813 A KR 20140083813A KR 101705783 B1 KR101705783 B1 KR 101705783B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power generation
fresh water
concentration
low
sodium nitrate
Prior art date
Application number
KR1020140083813A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20150005859A (en
Inventor
박철호
황교식
김동국
정남조
양승철
양현경
김대희
김찬수
곽성조
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Publication of KR20150005859A publication Critical patent/KR20150005859A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101705783B1 publication Critical patent/KR101705783B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/002—Generators
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L2/00—Non-alcoholic beverages; Dry compositions or concentrates therefor; Their preparation
    • A23L2/02—Non-alcoholic beverages; Dry compositions or concentrates therefor; Their preparation containing fruit or vegetable juices
    • A23L2/08—Concentrating or drying of juices
    • A23L2/082—Concentrating or drying of juices by membrane processes
    • A23L2/085—Concentrating or drying of juices by membrane processes by osmosis, reverse osmosis, electrodialysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05C—NITROGENOUS FERTILISERS
    • C05C5/00—Fertilisers containing other nitrates
    • C05C5/02—Fertilisers containing other nitrates containing sodium or potassium nitrate
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nutrition Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 염분차 기반 발전 장치가 개시되어 있다. 이러한 본 발명은, 친환경 물질인 질산 나트륨의 용해도가 기존의 염화 나트륨의 용해도 보다 높기 때문에 분리막의 면적 및 저장 용량이 감소하여 발전 용량을 최대로 향상시킬 수 있고, 막 분리부의 응축 및 증발 과정에서 생성된 결정화로 인한 추가 공정이 제거되므로 막 분리 공정을 간소화할 수 있으며, 더욱이, 질산 나트륨이 기존의 염화 나트륨에 비해 저가이므로 제조 원가를 절감할 수 있고, 저장용량이 감소하므로 경박단소화가 가능하게 된다.The present invention discloses a salinity-based power generation apparatus. Since the solubility of sodium nitrate, which is an environment-friendly substance, is higher than that of sodium chloride, the area and storage capacity of the separation membrane are reduced, thereby maximally improving the power generation capacity. In the condensation and evaporation process Further, since the sodium nitrate is inexpensive as compared to the conventional sodium chloride, the manufacturing cost can be reduced and the storage capacity can be reduced, so that the thinning process can be performed. .

Description

염분차 기반 발전장치{INDEPENDENT POWER PROVIDING APPARATUS BASED ON THE SALINITY GRADIENT}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a salt-

본 발명은 염분차 기반 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 질산 나트륨의 고농도 염수 및 담수로 발전하여 신재생 에너지를 생산할 수 있도록 한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a salinity differential power generation apparatus, and more particularly, to a sodium nitrate generating apparatus capable of generating renewable energy by generating saline water and fresh water of sodium nitrate.

기존 대용량 전력생산방식인 수력발전 및 원자력 발전은 건설비용 및 유지비용이 매우 높을 뿐만 아니라, 환경적으로 매우 커다란 영향을 미친다. 따라서 친환경 신재생 에너지를 이용한 발전방식들이 전세계적으로 뜨거운 관심속에 다양한 기술들이 개발되고 있다. 특히 CO2를 배출하지 않은 신재생 에너지인 태양광, 태양열, 풍력등을 기반으로 하는 전력생산업체는 자체 전력 소모뿐만 아니라 잉여 전력을 판매하는 방식을 도입함으로써 전력구조에 새로운 패러다임을 제공하고 있다. 특히, 신재생 에너지원들은 소규모 전력생산시스템 구성이 가능하여 자가발전이라는 새로운 시장을 형성하고 있다. 자가발전설비는 국내시장의 경우 2005년도에 비해 2011년도에 11배 이상이 성장을 하고 있으며, 정부의 적극적인 지원을 바탕으로 그 시장성은 계속적으로 커지고 있다. 특히 가정용 발전설비는 백색가전처럼 전세계 잠재 시장이 1000조원 이상을 상위하는 것으로 보고되고 있고, 유럽에서는 가정용 친환경 자가발전시스템 성장이 2008년부터 연 20% 이상의 성장을 보이고 있다. Hydroelectric power generation and nuclear power generation, which are the existing large-scale power generation methods, not only have a very high construction cost and maintenance cost, but also have a great environmental impact. Therefore, a variety of technologies are being developed due to a worldwide interest in generation methods using environmentally friendly new and renewable energy. In particular, power generation companies based on renewable energy such as solar, solar, and wind power, which do not emit CO 2 , are introducing a new paradigm in power structure by introducing a method of selling surplus power as well as their own power consumption. In particular, new and renewable energy sources can form a small-scale power generation system, forming a new market for self-generated power. In the case of domestic power generation facilities, domestic power generation facilities are growing more than 11 times in 2011 compared to 2005, and marketability is continuously growing on the basis of active government support. In particular, household power generation facilities are reported to be more than 1,000 trillion won in global potential market, such as white household appliances. In Europe, growth of eco-friendly home power generation system for households has been growing more than 20% annually since 2008.

과거의 자가발전은 병원, 방송국 등 지속적이고 안정적인 전력공급이 필요한 곳이나, 공장 등 대규모 단위에서 주로 이뤄져 왔다. 하지만, 현재는 가정, 특히 도심속 가정에 자가발전의 영향력이 커지고 있다. 뿐만 아니라, 그 연료 역시 점차 친환경적인 신재생 에너지를 중심으로 바뀌어 가고 있다. 과거에는 디젤 및 휘발유 등을 주로 활용하였지만 이산화탄소 배출 및 유가상승 등과 같은 환경적 경제적인 문제점을 가지고 있다. 또한, 내연기관을 바탕으로 하는 자가발전시스템이기 때문에 원동기, 발전기, 냉각장치 등에 대한 유지보수, 정비, 안정성, 가동율 등에 대한 여러 가지 문제점을 가지고 있다. 따라서, 친환경적이고 유지보수비용이 적은 신재생 에너지를 기반으로 하는 자가발전시스템이 최근에는 새로운 제품으로 두각을 보이고 있다.   In the past, self-generation has been mainly concentrated in large-scale units such as hospitals and broadcasting stations where constant and stable power supply is required. However, the influence of self-generation is increasing in the home, especially in the urban area. In addition, the fuels are gradually changing, centering on environmentally friendly renewable energy. In the past, it mainly used diesel and gasoline, but it has environmental and economic problems such as carbon dioxide emission and oil price increase. In addition, since it is an internal power generation system based on an internal combustion engine, it has various problems such as maintenance, maintenance, stability, and operation rate of a prime mover, a generator, and a cooling device. Therefore, a self-generating system based on renewable energy that is eco-friendly and low maintenance cost has recently emerged as a new product.

신재생 에너지를 기반으로 하는 신재생 에너지는 현재 태양광, 풍력, 연료전지등이 대표적으로 개발되고 있다. 이중 태양광은 90% 이상의 시장을 차지하고 있으나, 날씨, 기후, 먼지, 환경, 시간에 따른 일조량 변화 등에 의해 불안정한 전력생산을 보이는 단점을 가지고 있다. 연료전기 자가발전설비의 경우 화석연료를 통해 수소를 공급받기 때문에 전력생산 후 부산물로 수분과 이산화탄소를 배출하기 때문에 청정 자가발전설비로 불리기는 어려움이 있다. 또한, 소규모 풍력의 경우, 바람의 세기에 절대적으로 영향을 받을 뿐만 아니라, 블레이드 회전에 의한 소음문제와 도시 미관, 회전체의 대한 인간 심리등의 문제로 도심 속에 설치되기에는 문제점을 가지고 있다. Renewable energy based on renewable energy is currently being developed as a representative example of solar energy, wind power, and fuel cells. Although dual solar cells occupy more than 90% of the market, they have disadvantages such as unstable power generation due to weather, climate, dust, environment, and sunshine changes over time. In the case of fuel electric power generation facilities, since hydrogen is supplied through fossil fuel, water and carbon dioxide are discharged as byproducts after power generation, so it is difficult for cleaners to be called power generation facilities. In addition, in the case of small-scale wind power, not only is it absolutely influenced by the wind intensity, but also has a problem in that it is installed in the city center due to problems of noise caused by the rotation of the blades, human beings about the urban beauty and the rotating body.

따라서, 날씨의 영향을 받지 않고 이산화탄소와 같은 오염 물질이 배출되지 않은 신재생 에너지 발전기의 요구에 따라, 해수를 이용하여 신재생 에너지를 생산하는 발전기가 개발되었다.Therefore, in response to the demand of renewable energy generators that are not influenced by weather and pollutants such as carbon dioxide are not emitted, generators that produce renewable energy using seawater have been developed.

이러한 해수를 이용한 발전기의 경우 염화 나트륨(NaCl)의 염수와 순수한 물인 담수와의 염분차를 토대로 발전하여 신재생 에너지를 생산한다.Generators using these seawater generate new and renewable energy based on the salinity difference between sodium chloride (NaCl) and pure water (fresh water).

그러나, 이러한 염화 나트륨(NaCl)의 염수 및 담수의 염분차를 이용한 발전하는 경우, 용해도가 다른 전해질의 용해도에 비해 비교적 낮아 필요한 분리막의 면적 및 저장용량이 클 뿐만 아니라, 발전 중에 도출되는 염화 이온에 의해 배관 및 센서와 같은 소자들이 부식하게 되고, 농축 시 낮은 용해도로 인해 막분리 공정 중에 결정화되고, 높은 운행 압력으로 인해 분리막의 엑티브 층에 크랙이 종종 발생하였다.However, when the sodium chloride (NaCl) power generation is performed using salinity difference between salt water and fresh water, the solubility is relatively low as compared with the solubility of other electrolytes, so that not only the area and storage capacity of the separator required are large, Due to the corrosion of elements such as pipes and sensors, crystallization during the membrane separation process due to low solubility during concentration, cracks often occur in the active layer of the membrane due to the high operating pressure.

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 신재생 에너지 생성 시 필요한 분리막 면적 및 저장 용량이 감소할 뿐만 아니라 발전량이 향상되고, 발전 시 염화이온(Cl_)이 생성되지 않아 배관 및 센서와 같은 소자들의 부식의 문제가 해소되며, 기존의 염화 나트륨을 이용한 막 분리 공정에서 생성된 결정화가 생성되지 아니하여 전체적으로 제조 공정이 근본적으로 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 감소된 저장 용량으로 인해 가격면에 있어 저렴하고 경박단소화가 가능한 염분차 기반 발전장치를 제공하고자 함에 있다.The purpose of the conceived the present invention to solve the above problems, the renewable energy generated when the required membrane area and power generation, as well as reduced storage space is improved, and power generation when chloride ion (Cl _) is not be generated Piping and The problem of corrosion of elements such as a sensor is solved and crystallization generated in a conventional membrane separation process using sodium chloride is not generated so that the manufacturing process as a whole can be fundamentally simplified, And to provide a salinity-based power generation apparatus which is inexpensive and can be reduced in size and thickness in terms of surface area.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

고농도의 질산 나트륨 수용액이 저장되는 고농도 염수 탱크와, 담수가 저장되는 담수 탱크와, 상기 질산 나트륨(NaNO₃)의 고농도 염수 및 상기 담수의 염분차를 기반으로 발전하여 신재생 에너지를 생산하는 제1 발전부를 포함하는 것을 제1 특징으로 한다.A high-concentration brine tank in which a high-concentration sodium nitrate aqueous solution is stored; a fresh water tank in which fresh water is stored; a first power generation unit that generates electricity based on the salt concentration of sodium nitrate (NaNO3) The present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

여기서, 상기 발전 장치는, 상기 제1 발전부를 통해 생성된 저농도 염수로부터 고농도 염수 및 담수로 분리하여 상기 고농도 염수 탱크 및 상기 담수 탱크로 각각 공급하는 막분리부를 더 포함 한다.Here, the power generation apparatus may further include a membrane separation unit for separating the low-concentration brine produced through the first power generation unit into high-concentration brine and fresh water, and supplying the high-concentration brine tank and the fresh water tank, respectively.

여기서 상기 제1 발전부는, 질산 나트륨 수용액의 고농도 염수와 상기 담수 탱크의 담수를 전기 투석 공정을 통해 발전하여 신재생 에너지를 생성하는 역전기투석 모듈 및 상기 고농도 염수 및 담수 탱크의 담수의 염분차에 의한 삼투압 및 터빈의 운행 압력으로 발전하는 압력지연 삼투 모듈 중 하나로 구비된다. Here, the first power generation unit may include a reverse electrodialysis module for generating high-concentration saline solution of sodium nitrate aqueous solution and fresh water of the fresh water tank through an electrodialysis process to generate new and renewable energy, and a salt tank for freshwater of the high- And a pressure-delayed osmosis module that generates osmotic pressure by the turbine and operating pressure of the turbine.

상기 제1 발전부는, 상기 고농도 염수 탱크에서 공급되는 고농도 질산 나트륨 수용액과 상기 담수 탱크로부터 공급된 담수 사이의 삼투 작용을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 압력 지연 삼투 모듈과, 고농도 염수의 농도에 따라 운행 압력을 조절하는 터빈을 포함하는 것이 바람직하다.The first power generation unit includes a pressure delay osmosis module that generates electric energy by utilizing the osmotic action between the high concentration sodium nitrate aqueous solution supplied from the high concentration brine tank and the fresh water supplied from the fresh water tank, It is preferable to include a turbine for controlling the pressure.

상기 제1 발전부는, 상기 고농도 염수 탱크에서 공급되는 고농도 질산 나트륨 수용액과 상기 담수 탱크로부터 공급된 담수 사이의 전기 투석을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 역전기투석 모듈을 포함한다.The first power generation unit includes a reverse electrodialysis module that generates electric energy using electrodialysis between the high-concentration sodium nitrate aqueous solution supplied from the high-concentration brine tank and the fresh water supplied from the fresh water tank.

상기 막분리부는, 상기 압력 지연 삼투 모듈에서 생성되고 상기 터빈에 의해 기 설정된 운행 압력으로 공급된 저농도 질산 나트륨 수용액의 저농도 염수를 저장하는 저농도 염수 탱크와, 상기 저농도 염수 탱크의 저농도 염수를 제공받아 막 분리 공정을 통해 농축화 고농도 염수 및 담수로 분리하여 상기 고농도 염수 탱크 및 담수 탱크로 전달하는 막분리 모듈을 포함한다.Wherein the membrane separation unit comprises a low concentration brine tank which is formed in the pressure delay osmosis module and stores low concentration brine of a low concentration aqueous sodium nitrate solution supplied at a predetermined operating pressure by the turbine, And a membrane separation module for separating the concentrated brine into high concentration brine and fresh water through a separation process and transferring the brine to the high concentration brine tank and the fresh water tank.

상기 막분리 모듈은, 상기 저농도 염수의 증발 및 응축 방식으로 질산 나트륨과 담수를 분리하는 막 증발 장치 및 역삼투압 방식으로 질산 나트륨과 담수를 분리하는 역삼투막 장치 중 하나로 구비된다.The membrane separation module is provided as one of a membrane evaporator for separating sodium nitrate and fresh water by the evaporation and condensation method of the low concentration brine, and a reverse osmosis membrane device for separating sodium nitrate and fresh water by the reverse osmosis system.

상기 막분리부는, 상기 제1 발전부의 저농도 염수를 유입하여 막 분리 공정을 통해 농축화된 고농도 염수 및 담수로 분리한 후 상기 고농도 염수 탱크 및 담수 탱크로 전달하는 막분리 모듈을 포함한다.The membrane separation unit includes a membrane separation module that separates the low-concentration brine of the first power generation unit into high-concentration brine and fresh water concentrated through the membrane separation process, and then transfers the concentrated brine to the high-concentration brine tank and the fresh water tank.

상기 발전 장치는, 상기 제1 발전부에서 생성된 상기 저농도 염수와 상기 담수탱크의 담수의 염분차를 에 의해 발전하여 신재생 에너지를 생산하는 제2 발전부를 더 포함한다.The power generation apparatus further includes a second power generation unit for generating new and renewable energy by generating salinity difference between the low concentration brine generated in the first power generation unit and fresh water in the fresh water tank.

상기 제2 발전부는, 상기 제1 발전부에서 생성된 저농도 질산 나트륨 수용액의 저농도 염수와 상기 담수 탱크의 담수를 전기 투석 공정을 통해 발전하여 신재생 에너지를 생성하는 역전기투석 모듈 및 상기 저농도 염수 및 담수 탱크의 담수의 염분차에 의한 삼투압 및 터빈의 운행 압력으로 발전하는 압력지연 삼투 모듈 중 하나로 구비된다.The second power generation unit includes a reverse electrodialysis module for generating low-concentration brine of the low-concentration sodium nitrate aqueous solution and fresh water of the fresh water tank generated in the first power generation unit through the electrodialysis process to generate new and renewable energy, A pressure-delayed osmosis module that generates osmotic pressure due to salinity difference of fresh water in the fresh water tank and the operating pressure of the turbine.

본 발명은, 고농도의 질산 나트륨 수용액이 저장되는 고농도 염수 탱크와, 담수가 저장되는 담수 탱크와, 상기 질산 나트륨(NaNO₃)의 고농도 염수 및 상기 담수의 염분차를 기반으로 발전하여 신재생 에너지를 생산하는 제1 발전부와, 제1 발전부에서 생성된 상기 저농도 염수와 상기 담수탱크의 담수의 염분차에 의해 발전하여 신재생 에너지를 생산하는 제2 발전부를 포함하는 것을 제2 특징으로 한다.The present invention relates to a high-concentration brine tank in which a high-concentration aqueous solution of sodium nitrate is stored, a fresh water tank in which fresh water is stored, and a high-concentration brine of sodium nitrate (NaNO3) And a second power generation unit for generating new and renewable energy by the difference in salinity between the low concentration brine generated in the first power generation unit and the fresh water in the fresh water tank.

상기 발전 장치는, 상기 제2 발전부를 통해 생성된 저농도 염수로부터 고농도 염수 및 담수로 분리하여 상기 고농도 염수 탱크 및 상기 담수 탱크로 각각 공급하는 막분리부를 더 포함한다.The power generation apparatus further includes a membrane separation unit that separates the low-concentration brine produced through the second power generation unit into high-concentration brine and fresh water, and supplies the high-concentration brine tank and the fresh water tank, respectively.

상기 제1 발전부는, 질산 나트륨 수용액의 고농도 염수와 상기 담수 탱크의 담수를 전기 투석 공정을 통해 발전하여 신재생 에너지를 생성하는 역전기투석 모듈 및 상기 고농도 염수 및 담수 탱크의 담수의 염분차에 의한 삼투압 및 터빈의 운행 압력으로 발전하는 압력지연 삼투 모듈 중 하나로 구비된다.The first power generation unit includes a reverse electrodialysis module for generating high-concentration brine of sodium nitrate aqueous solution and fresh water of the fresh water tank through an electrodialysis process to generate new and renewable energy, and a salinity difference between fresh water of the high- Pressure osmosis, and pressure-delayed osmosis module that develops the operating pressure of the turbine.

상기 제2 발전부는, 상기 제1 발전부에서 생성된 질산 나트륨 수용액의 저농도 염수와 상기 담수 탱크의 담수를 전기 투석 공정을 통해 발전하여 신재생 에너지를 생성하는 역전기투석 모듈 및 상기 저농도 염수 및 담수 탱크의 담수의 염분차에 의한 삼투압 및 터빈의 운행 압력으로 발전하는 압력지연 삼투 모듈 중 하나로 구비된다.Wherein the second power generation unit comprises a reverse electrodialysis module for generating low-concentration brine of sodium nitrate aqueous solution and fresh water of the fresh water tank generated in the first power generation unit through an electrodialysis process to generate new and renewable energy, A pressure-delayed osmosis module that generates osmotic pressure due to salinity difference of the fresh water of the tank and the operating pressure of the turbine.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 염분차 기반 발전 장치는, 질산 나트륨(NaNO₃)의 고농도 염수 및 담수의 염분차를 기반으로 발전함에 따라 친환경 물질인 질산 나트륨의 용해도가 기존의 염화 나트륨의 용해도 보다 높기 때문에 분리막의 면적 및 저장 용량이 감소하여 발전 용량을 최대로 향상시킬 수 있고, 막 분리부의 응축 및 증발 과정에서 생성된 결정화로 인한 추가 공정이 제거되므로 막 분리 공정을 간소화할 수 있고, 제1 발전부의 운행 압력이 기존의 운행 압력 보다 낮으므로 높은 압력으로 인해 손상되는 제1 발전부의 분리막의 엑티브 층에 대한 안전성을 더욱 확보할 수 있고, 발전 과정에서 염화 이온이 생성되지 아니함에 따라 고농도 염수 및 담수를 공급하는 배관 및 농도를 측정하는 센서들의 부식을 근본적으로 방지할 수 있으며, 질산 나트륨이 기존의 염화 나트륨에 비해 저가이므로 제조 원가를 절감할 수 있고, 저장용량이 감소하므로 경박단소화가 가능하다. As described above, according to the present invention, the solubility of sodium nitrate, which is an eco-friendly substance, is improved by solubility of sodium chloride (sodium nitrate) The area and the storage capacity of the separation membrane can be reduced to maximize the power generation capacity and the additional process due to the crystallization generated during the condensation and evaporation of the membrane separation unit can be eliminated, 1 Since the operating pressure of the power generation unit is lower than the existing operating pressure, the safety of the active layer of the separation membrane of the first power generation unit damaged by the high pressure can be further secured. As the chloride ion is not generated during the power generation process, And the corrosion of the pipes for supplying the fresh water and the sensors for measuring the concentration can be fundamentally prevented Since sodium nitrate is inexpensive compared to conventional sodium chloride, manufacturing costs can be reduced, and storage capacity can be reduced.

또한, 상기 제1 발전부에서 생성된 저농도 염수를 막 분리로 직접 유입함에 따라 저농도 염수를 저장하기 위해 별도로 마련된 저농도 염수 탱크가 제거되므로 발전 장치에 대한 경박단소화가 가능하다.Also, since the low-concentration brine tank, which is separately provided for storing the low-concentration brine, is removed by directly introducing the low-concentration brine produced in the first power generation unit into the membrane separation, it is possible to reduce the size of the power generation apparatus.

더하여, 상기 제1 발전부에서 생성된 질산 나트륨의 저농도 염수와 담수와의 염분차를 기반으로 발전하여 신재생 에너지를 생산하는 제2 발전부를 별도로 마련함에 따라 최대 발전 용량의 신재생 에너지를 생성할 수 있을 뿐만 아니라 목적에 따라 필요한 발전 용량의 신재생 에너지를 생산할 수 있는 효과를 얻는다. In addition, a second power generation unit for generating new and renewable energy is provided separately based on the salinity difference between the low concentration brine of the sodium nitrate generated in the first power generation unit and the fresh water, thereby generating the renewable energy of the maximum power generation capacity It is possible to produce new and renewable energy with required power generation capacity in accordance with the purpose.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 염분차 기반의 발전 장치의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고농도 염수의 질산 나트륨의 온도에 따른 용해도를 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 고농도 염수의 질산 나트륨 및 담수의 압력차에 따른 물투과도 및 발전용량을 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 제1 발전부의 압력, 플럭스 및 발전용량에 따른 필요 분리막 면적을 나타내는 표이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 염분차 기반의 발전 장치의 구성을 보인 도이다.
도 6은 봉 발명의 또 다른 실시 예에 따른 염분차 기반의 발전 장치의 구성을 보인 도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further understand the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a configuration of a salinity-based power generation apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the solubility of sodium nitrate in high-concentration brine according to an embodiment of the present invention with temperature. FIG.
3 is a graph showing water permeability and generating capacity according to the pressure difference between sodium nitrate and fresh water of high concentration brine according to an embodiment of the present invention.
4 is a table showing the required membrane area according to the pressure, flux, and power generation capacity of the first power generation unit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing a configuration of a salinity-based power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.
6 is a view showing a configuration of a salinity-based power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하 본 발명을 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면이 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, like reference numerals are used to denote like elements, and the same reference numerals are given to the same elements even if they are shown in different drawings, Detailed description of functions and configurations is omitted.

본 실시 예에서 3 kW급 전기 에너지를 생산하는 발전 장치에 대해 실시 예로 설명한다.In the present embodiment, a power generating device for producing 3 kW electric energy will be described as an embodiment.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 염분차 기반의 발전 장치의 구성을 보인 도이고, 도 2는 도 1에 도시된 고농도 염수의 질산 나트륨의 온도에 따른 용해도를 나타내는 도이고, 도 3은 도 1에 도시된 고농도 염수의 질산 나트륨 및 담수의 압력차에 따른 물투과도 및 발전용량을 나타내는 도이며, 도 4는 도 3에 도시된 제1 발전부의 압력, 플럭스 및 발전용량에 따른 필요 분리막 면적을 나타내는 표이다.FIG. 1 is a view showing a configuration of a salinity-based power generation apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a graph showing solubility of sodium nitrate with high concentration of brine shown in FIG. 1 according to temperature, FIG. 4 is a graph showing water permeability and power generation capacity according to pressure difference between sodium nitrate and fresh water of high concentration brine shown in FIG. 1; FIG. 4 is a graph showing the water permeability and power generation capacity according to the pressure, Respectively.

본 발명의 실시 예에 따른 염분차 기반의 발전 장치는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 질산 나트륨의 고농도 염수 탱크(110), 담수 탱크(130), 제1 발전부(150) 및 막 분리부(170)를 포함한다. 여기서, 상기 제1 발전부(150)는 고농도 질산 나트륨의 고농도 염수 및 담수의 염분차에 의한 삼투압을 이용하여 전기 에너지를 생산하도록 구비된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 해수 즉 염화 나트륨(NaCl)은 물 100 g 당 최대 32g이 녹을 수 있는 용해도를 가지고 있기 때문에 전기 에너지의 생산 후 생성된 저농도 염수와 담수로 막분리하는 과정에서 결정화가 발생하고, 염화 나트륨을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 경우 최대 100 wt% 이상의 염화 나트륨을 사용할 수 없다. 따라서, 20 wt%의 염화 나트륨 및 담수와 40 bar 압력 운행 시 24 W/m2의 발전 용량이 생성된다.1 to 4, the salinity-based power generation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a sodium chloride high concentration brine tank 110, a fresh water tank 130, a first power generation unit 150, And a membrane separator 170. Here, the first power generation unit 150 is provided to produce electrical energy using osmotic pressure due to salinity difference between high-concentration sodium nitrate and high-concentration brine and fresh water. That is, as shown in FIG. 2, seawater (NaCl) has a solubility to dissolve up to 32 g per 100 g of water. Therefore, in the process of separating into low-concentration brine and fresh water produced after the production of electric energy When crystallization occurs and electrical energy is generated by using sodium chloride, it is not possible to use at most 100 wt% of sodium chloride. Thus, a power generation capacity of 24 W / m2 is produced with 20 wt% sodium chloride and fresh water at 40 bar pressure.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 농도가 높을수록 물 투과도가 선행적으로 증가하므로, 고농도 염수를 질산 나트륨을 사용하는 경우 염화 나트륨을 사용하는데 비해 발전 용량이 증가함을 알 수 있다. 예를 들어 질산 나트륨은 염화 나트륨에 비해 물 투과도가 높으므로 질산 나트륨 90wt%와 담수와 40 bar 압력 운행 시 122 W/m2의 발전 용량이 생성됨을 알 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 3, when the concentration of sodium nitrate is higher than that of sodium chloride, the power generation capacity is increased as the concentration of the salt increases as the water permeability increases. For example, sodium nitrate has a higher water permeability than sodium chloride, so that 90wt% of sodium nitrate and 122w / m2 of fresh water at 40 bar pressure are generated.

이러한 질산 나트륨의 고농도 염수 및 담수를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 일련의 과정은 도 3을 참조하여 설명한다. 즉, 질산 나트륨의 고농도 염수 및 담수를 이용한 염분차 기반 발전 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 고농도 염수 탱크(110), 담수 탱크(130), 제1 발전부(150) 및 막 분리부(membrane distillation: 170)를 포함한다. 여기서, 고농도 염수 탱크(110)는 20 wt%의 농도를 가지는 질산 나트륨이 저장되고, 담수 탱크(130)는 순수한 물이 저장된다.A series of processes for generating electrical energy using the high-concentration saline and fresh water of sodium nitrate will be described with reference to FIG. 3, the saline-based power generation apparatus using sodium nitrate with a high concentration of saline and fresh water comprises a high concentration brine tank 110, a fresh water tank 130, a first power generation unit 150, and a membrane separation unit membrane distillation: 170). Here, the high-concentration brine tank 110 stores sodium nitrate having a concentration of 20 wt%, and the fresh water tank 130 stores pure water.

제1 발전부(150)는 고농도 염수 탱크(110)에서 공급되는 고농도 질산 나트륨 수용액과 담수 탱크(130)로부터 공급된 담수 사이의 형성된 삼투압을 형성하는 압력지연 삼투 모듈(151)과 상기 고농도 염수의 농도에 따라 운행 압력을 설정하는 터빈(153)으로 구비된다. 즉, 압력 지연 삼투 모듈(151)은 80%담수가 유입될 때 분리막을 통해 질산 나트륨이 유입된 방으로 넘어가는 삼투압으로 높아진 질산 나트륨의 압력과 체적 유량을 터빈을 돌려 전기 에너지를 생산하도록 구비된다.The first power generation unit 150 includes a pressure delay osmosis module 151 that forms an osmotic pressure formed between the high concentration sodium nitrate aqueous solution supplied from the high concentration brine tank 110 and the fresh water supplied from the fresh water tank 130, And a turbine 153 for setting the operating pressure according to the concentration. That is, the pressure-delayed osmosis module 151 is provided to generate electrical energy by rotating the turbine with the pressure and the volume flow rate of sodium nitrate, which is increased to osmotic pressure passing through the separation membrane into the room where the sodium nitrate flows, when 80% .

이때 도 4에 도시된 바와 같이, 분리막 면적과 운전 압력이 비례함을 알 수 있으며, 예를 들어 분리막의 면적이 50 m²이고 운행 압력이 60 bar 인 경우 최대 9kW의 전기 에너지가 생성됨을 알 수 있다. 제1 발전부(130)는 80%의 담수가 유입될 때 담수가 반투과성 분리막을 통해 질산 나트륨으로 넘어가면서 삼투압이 발생하고 발생된 삼투압으로 높아진 질산 나트륨의 압력과 체적 유량을 터빈(133)을 돌려 전기 에너지를 생산한다.As shown in FIG. 4, it can be seen that the membrane area is proportional to the operating pressure. For example, when the membrane area is 50 m 2 and the operating pressure is 60 bar, a maximum of 9 kW of electrical energy is generated . When 80% of the fresh water flows into the first power generation unit 130, osmotic pressure is generated as the fresh water is transferred to the sodium nitrate through the semipermeable membrane, and the pressure and volume flow rate of the sodium nitrate raised to the generated osmotic pressure are returned to the turbine 133 It produces electrical energy.

본 발명의 실시 예에 따른 제1 발전부(130)는 압력 지연 삼투 모듈 및 터빈을 일례로 설명하고 있으나, 이에 한정하기 아니하고 다양한 발전기를 적용할 수 있다.Although the first power generation unit 130 according to the embodiment of the present invention has been described as an example of a pressure-delayed osmosis module and a turbine, various generators can be used without being limited thereto.

예를 들어, 제1 발전부(130)는, 질산 나트륨의 고농도 염수 및 담수가 각각 유입될 때 전기를 이용하여 이온을 제거하는 전기 투석을 역으로 이용하는 역전기투석 모듈(Reverse Electron Dialysis: RED)를 적용할 수도 있다.For example, the first power generation unit 130 may include a Reverse Electron Dialysis (RED) module that reversely utilizes electrodialysis for removing ions using electricity when high-concentration brine and fresh water of sodium nitrate are respectively introduced, May be applied.

즉, 역전기투석모듈(RED)은 고농도 질산 나트륨과 담수가 유입될 때 서로 병렬로 배치된 양이온 교환막과 음이온 교환막 사이에 전자의 흐름이 형성되고 따라서 전기가 생산된다. That is, the reverse electrodialysis module (RED) forms electrons flow between the cation exchange membrane and the anion exchange membrane arranged in parallel with each other when high concentration sodium nitrate and fresh water are introduced, and thus electricity is produced.

한편, 막 분리부(150)는, 제1 발전부(130)의 발전 과정에서 고농도의 질산 나트륨과 담수가 혼합되어 저농도 질산 나트륨의 염수가 생성되고, 이러한 저농도 염수를 질산 나트륨과 담수로 분리하도록 구비된다.Meanwhile, the membrane separator 150 is configured to mix the high-concentration sodium nitrate and the fresh water in the power generation process of the first power generation unit 130 to generate low-concentration sodium nitrate salt, and to separate the low-concentration brine into sodium nitrate and fresh water Respectively.

즉, 막 분리부(150)는 압력 지연 삼투 모듈(131)이 삼투압과 터빈(133)에 의해 기 설정된 운행 압력으로 발전 후 생성된 저농도 질산 나트륨 수용액의 저농도 염수를 저장하는 저농도 염수 탱크(151)와, 저농도 염수 탱크의 저농도 염수를 제공받아 막 분리 공정을 통해 농축화 고농도 염수 및 담수로 분리하여 고농도 염수 탱크 및 담수 탱크로 전달하는 막분리 모듈(153)을 포함하는 구성을 가진다.That is, the membrane separation unit 150 includes a low-concentration brine tank 151 for storing a low-concentration brine of the low-concentration aqueous sodium nitrite solution generated by the pressure-delayed osmosis module 131 after osmotic pressure and a predetermined operating pressure by the turbine 133, And a membrane separation module 153 which receives the low-concentration brine of the low-concentration brine tank and separates the concentrated high-concentrated brine and the fresh water through a membrane separation process, and transfers the brine to the high-concentration brine tank and the fresh water tank.

여기서 막분리 모듈(151)은 저농도 염수의 증발 및 응축 방식으로 질산 나트륨과 담수를 분리하는 막 증발 장치 및 역삼투압 방식으로 질산 나트륨과 담수를 분리하는 역삼투막 장치 중 하나로 구비되며, 본 발명의 실시 예에서는 막 증발 가스 장치가 적용되는 것을 일 례로 설명한다.Here, the membrane separation module 151 is provided as one of a membrane evaporator for separating sodium nitrate and fresh water by the evaporation and condensation method of the low concentration brine, and a reverse osmosis membrane device for separating sodium nitrate and fresh water by the reverse osmosis system, An evaporating gas apparatus is applied to the present invention.

이러한 구성을 가지는 염분차 기반 발전 장치에 있어서, 고농도 염수 탱크(110)는 20wt% 농도의 질산 나트륨(NaNO₃)를 저장하고, 담수 탱크(130)는 80%의 순수한 물을 저장한다. 고농도 염수 탱크(110) 및 담수 탱크(130)의 고농도 염수 및 담수는 각각 제1 발전부(150)의 압력 지연 삼투 모듈(151)로 전달된다. 압력 지연 삼투 모듈(151)은 유입된 질산 나트륨의 고농도 염수 및 담수의 삼투압을 형성한다. 터빈(153)은 질산 나트륨의 농도에 따라 기 설정된 운행 압력을 형성한다. 따라서 제1 발전부(150)는 압력 지연 삼투 모듈(151)의 고농도 염수와 담수 사이의 형성된 삼투압과 터빈(153)의 운행 압력을 기반으로 발전하여 전기 에너지를 생성한다. In the salinity-based power generation apparatus having such a configuration, the high-concentration brine tank 110 stores sodium nitrate (NaNO3) at a concentration of 20 wt%, and the fresh water tank 130 stores 80% pure water. The high concentration brine and fresh water of the high salt brine tank 110 and the fresh water tank 130 are respectively transferred to the pressure delay osmosis module 151 of the first power generation unit 150. The pressure-delayed osmosis module 151 forms the osmotic pressure of the high concentration brine and fresh water of the incoming sodium nitrate. The turbine 153 forms a predetermined operating pressure according to the concentration of sodium nitrate. Accordingly, the first power generation unit 150 generates electric energy based on the osmotic pressure formed between the high concentration brine and the fresh water of the pressure delay osmosis module 151 and the operating pressure of the turbine 153.

제1 발전부(150)의 고농도 염수 및 담수가 혼합되어 저농도 염수의 질산 나트륨이 생성된다. 저농도 염수는 막분리부(170)로 전달되고 막분리부(170)는 유입된 저농도 염수를 응축 및 증발 공정을 거쳐 고농도 염수의 질산 나트륨과 담수로 분리한다. 즉, 저농도 염수가 유입된 막분리부(170)의 저농도 염수 탱크(171)는 저농도 염수를 저장하고, 저농도 염수는 막분리 모듈(173)로 전달된다.The high concentration brine and fresh water of the first power generation unit 150 are mixed to produce sodium nitrate of low concentration brine. The low-concentration brine is delivered to the membrane separator 170, and the membrane separator 170 separates the introduced low-concentration brine from the high-concentration brine sodium nitrate and fresh water through a condensation and evaporation process. That is, the low-concentration brine tank 171 of the membrane separation unit 170 into which low-concentration brine is introduced stores low-concentration brine, and the low-concentration brine is transferred to the membrane separation module 173.

막분리 모듈(173)은 유입된 저농도 염수를 응축 및 증발 공정을 실행하여 고농도 염수 및 담수로 분리하고 분리된 고농도 염수는 고농도 염수 탱크(110)으로 유입되고, 분리된 담수는 담수 탱크(130)으로 유입된다. The membrane separation module 173 separates the introduced low concentration brine into the high concentration brine and the fresh water by performing the condensation and evaporation process and the separated high concentration brine flows into the high concentration brine tank 110. The separated fresh water flows into the fresh water tank 130, Respectively.

본 발명의 실시 예에 따르면, 친환경 물질인 질산 나트륨의 용해도가 기존의 염화 나트륨의 용해도 보다 높기 때문에 분리막의 면적 및 저장 용량이 감소하여 발전 용량을 최대로 향상시킬 수 있고, 막 분리부의 응축 및 증발 과정에서 생성된 결정화로 인한 추가 공정이 제거되므로 막 분리 공정을 간소화할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, since the solubility of sodium nitrate, which is an eco-friendly substance, is higher than the solubility of sodium chloride, the area and storage capacity of the separation membrane can be reduced and the power generation capacity can be maximally improved. Condensation and evaporation The additional process due to the crystallization generated in the process can be eliminated, thus simplifying the membrane separation process.

본 발명의 실시 예에 의하면, 제1 발전부의 운행 압력이 기존의 운행 압력 보다 낮으므로 높은 압력으로 인해 손상되는 제1 발전부의 분리막의 엑티브 층에 대한 안전성을 더욱 확보할 수 있고, 발전 과정에서 염화 이온이 생성되지 아니함에 따라 고농도 염수 및 담수를 공급하는 배관 및 농도를 측정하는 센서들의 부식을 근본적으로 방지할 수 있게 된다. 더욱이, 질산 나트륨이 기존의 염화 나트륨에 비해 저가이므로 제조 원가를 절감할 수 있고, 저장용량이 감소하므로 경박단소화가 가능하게 된다.
According to the embodiment of the present invention, since the operating pressure of the first power generation unit is lower than the existing operating pressure, the safety of the active layer of the separation membrane of the first power generation unit damaged by the high pressure can be further secured, As the ions are not produced, it is possible to fundamentally prevent the corrosion of the pipes for supplying high-concentration brine and fresh water and the sensors for measuring the concentration. Moreover, since sodium nitrate is inexpensive as compared with the conventional sodium chloride, manufacturing cost can be reduced, and storage capacity can be reduced, so that slim and thin can be achieved.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 염분차 기반의 발전 장치의 구성을 보인 도면이고 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 염분차 기반의 발전 장치를 설명한다.FIG. 5 is a view illustrating a configuration of a salinity difference based power generation apparatus according to another embodiment of the present invention. FIG. 5 illustrates a salinity difference based power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.

즉, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 염분차 기반의 발전 장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 고농도 염수 탱크(210), 담수 탱크(230), 제1 발전부(250), 및 막 분리부(270)로 구비된다. 제1 발전부(250)의 압력지연 삼투 모듈(251)에서, 고농도 염수 탱크(210)의 질산 나트륨의 고농도 염수와 담수 탱크(230)의 담수를 이용하여 삼투압을 형성하는 일련의 과정과 삼투압과 터빈을 통해 생성된 운행 압력으로 전기 에너지를 생성하는 일련의 과정은 앞서 설명한 고농도 염수 탱크(110), 및 담수 탱크(130), 및 제1 발전부(150)의 구성과 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명한 생략한다.5, the salinity-based power generation apparatus according to another embodiment of the present invention includes a high-concentration brine tank 210, a fresh water tank 230, a first power generation unit 250, As shown in FIG. In the pressure-delayed osmosis module 251 of the first power generation unit 250, osmotic pressure is formed by using high-concentration brine of sodium nitrate in the high-concentration brine tank 210 and fresh water of the fresh water tank 230, The series of processes for generating electric energy by the operating pressure generated through the turbine is the same as the configuration of the high concentration brine tank 110, the fresh water tank 130, and the first power generation unit 150 described above. It is omitted.

또한, 막 분리부(270)는 제1 발전부(250)로부터 공급된 저농도 염수에서 고농도 염수 및 담수를 분리하도록 구비된다. 즉, 막분리부(270)는 제1 발전부(250)로부터 공급되는 저농도 염수를 응축 및 증발 공정을 통해 질산 나트륨 및 담수로 분리한 후 분리된 질산 나트륨과 담수를 각각의 고농도 염수 탱크(210) 및 담수 탱크(230)로 공급한다. 따라서 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 제1 발전부(250)에서 생성된 저농도 염수를 막 분리모듈(270)로 유입함에 따라 저농도 염수를 저장하기 위해 별도로 마련된 저농도 염수 탱크가 제거되므로 발전 장치에 대한 경박단소화가 가능하다.
Also, the membrane separation unit 270 is provided to separate the high-concentration brine and the fresh water from the low-concentration brine supplied from the first power generation unit 250. That is, the membrane separation unit 270 separates the low-concentration brine supplied from the first power generation unit 250 into sodium nitrate and fresh water through a condensation and evaporation process, separates the separated sodium nitrate and fresh water into the respective high-concentration brine tank 210 And the fresh water tank 230, respectively. Therefore, according to another embodiment of the present invention, since the low-concentration brine tank provided for storing the low-concentration brine is removed as the low-concentration brine produced in the first power generation unit 250 is introduced into the membrane separation module 270, It is possible to reduce the size of the system.

<실시 예 3>&Lt; Example 3 >

도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 염분차 기반 발전 장치의 구성을 보인 도이고 도 6을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염분차 기반의 발전 장치를 설명한다.FIG. 6 is a view showing a configuration of a salinity difference based power generation apparatus according to another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a view illustrating a salinity difference based power generation apparatus according to another embodiment of the present invention.

즉, 본 발명의 또 다른 실시 예에 다른 염분차 기반의 발전 장치는 도 6에 도시된 바와 같이, 고농도 염수 탱크(310), 담수 탱크(330), 제1 발전부(350), 제2 발전부(360), 및 막분리부(370)를 포함한다. 여기서, 질산 나트륨의 고농도 염수 탱크(310), 담수 탱크(330), 및 제1 발전부(350)의 구성을 앞서 설명한 고농도 염수 탱크(110), 담수 탱크(130), 제1 발전부(150)의 구성과 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.6, the salinity-based power generation apparatus according to another embodiment of the present invention includes a high-concentration brine tank 310, a fresh water tank 330, a first power generation unit 350, A separator 360, and a membrane separator 370. Here, the high concentration brine tank 310, the fresh water tank 330, and the first power generation unit 350 are constructed in the same manner as the high concentration brine tank 110, the fresh water tank 130, the first power generation unit 150 And therefore, a detailed description thereof will be omitted.

즉, 제1 발전부(350)는 압력 지연 삼투 모듈(351)을 통해 고농도 염수 탱크(310)의 질산 나트륨의 고농도 염수와 담수 탱크(330)의 담수를 이용하여 삼투압을 형성하는 일련의 과정과 터빈(353)을 통해 생성된 운행 압력으로 전기 에너지를 생성하는 일련의 과정은 앞서 설명한 고농도 염수 탱크(110), 및 담수 탱크(130), 및 제1 발전부(150)의 구성과 동일하다. In other words, the first power generation unit 350 performs a series of processes of forming the osmotic pressure by using the high concentration brine of the high concentration brine tank 310 and the fresh water of the fresh water tank 330 through the pressure delay osmosis module 351 The series of processes for generating the electric energy with the operating pressure generated through the turbine 353 is the same as the configuration of the high concentration brine tank 110, the fresh water tank 130, and the first power generation unit 150 described above.

또한, 제2 발전부(360)는 제1 발전부(350)로부터 제공된 저농도 염수와 담수 탱크(310)의 담수를 이용하여 삼투압을 형성하고, 형성된 삼투압과 터빈을 통해 생성된 운행 압력으로 발전하여 전기 에너지를 생성하도록 구비된다.The second power generation unit 360 generates osmotic pressure using the low concentration brine provided from the first power generation unit 350 and the fresh water of the fresh water tank 310 and generates osmotic pressure and operating pressure generated through the turbine To generate electrical energy.

본 발명의 실시 예에서, 제2 발전부(360)는 도 3에 도시된 제1 발전부(150)와 동일하게 삼투압을 형성하는 압력 지연 삼투 모듈 및 운행 압력을 형성하는 터빈으로 전기 에너지를 생산하는 것을 일 례로 설명하고 있으나, 질산 나트륨의 고농도 염수 및 담수가 각각 유입될 때 전기를 이용하여 전자의 흐름을 형성하여 전기 에너지를 생성하는 역전기투석 모듈이 적용될 수도 있다. 즉, 제2 발전부(360)는 제1 발전부(350)의 저농도 염수가 담수에 비해 농도가 높기 때문에 제2 발전부(360)에서 제1 발전부(350)의 저농도 염수 및 담수 탱크(330)의 담수를 이용하여 발전하여 2차 전기 에너지를 생성한다.In the embodiment of the present invention, the second power generation section 360 generates electric energy with the pressure delay osmosis module forming the osmotic pressure and the turbine forming the operating pressure as the first power generation section 150 shown in FIG. However, a reverse electrodialysis module may be applied in which, when sodium nitrate is supplied with high concentration of saline and fresh water, electricity is used to generate an electric current to generate electric energy. That is, since the low-concentration brine in the first power generation unit 350 is higher in concentration than the fresh water in the second power generation unit 360, the second power generation unit 360 generates low-concentration brine in the first power generation unit 350 and fresh- 330) to generate secondary electrical energy.

이어 제2 발전부(360)에서 생성된 저농도 염수는 막분리부(370)로 전달되며, 막분리부(370)는 도 1에 도시된 막분리부(170)과 동일한 구성을 가짐으로 이에 대한 구체적인 설명한 생략한다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 발전부와 제2 발전부에 의해 최대 발전 용량의 신재생 에너지를 생성할 수 있고 목적에 따라 필요한 발전 용량의 신재생 에너지를 생산할 수 있다.The low concentration brine produced in the second power generation unit 360 is transferred to the membrane separation unit 370 and the membrane separation unit 370 has the same configuration as the membrane separation unit 170 shown in FIG. A detailed description will be omitted. Therefore, according to the embodiment of the present invention, the renewable energy of the maximum generating capacity can be generated by the first generator and the second generator, and the renewable energy of the required generating capacity can be produced according to the purpose.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

고농도 염수 및 담수의 염분차에 의한 삼투압 및 터빈의 운행 압력으로 발전하여 신재생 에너지를 생성함에 있어 기존의 염화 나트륨 보다 높은 용해도를 가지는 질산 나트륨을 고농도 염수로 이용함에 따라 필요한 분리막 면적 및 저장 용량이 감소할 뿐만 아니라 발전량이 향상되고, 발전 시 염화이온(Cl_)이 생성되지 않아 배관 및 센서와 같은 소자들의 부식의 문제가 해소되며, 기존의 염화 나트륨을 이용한 막 분리 공정에서 생성된 결정화가 생성되지 아니하여 전체적으로 제조 공정이 근본적으로 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 감소된 저장 용량으로 인해 가격면에 있어 저렴하고 경박단소화가 가능한 염분차 기반의 발전 장치에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 적용되는 발전 장치 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.As sodium chloride, which has higher solubility than sodium chloride, is used as a high concentration brine in generating new and renewable energy by generating osmotic pressure and turbine operating pressure due to salinity difference of high concentration brine and fresh water, (Cl _ ) is not generated during the generation of electricity, thereby eliminating the corrosion problem of components such as piping and sensors, and the crystallization generated in the conventional membrane separation process using sodium chloride is generated In addition to being able to fundamentally simplify the manufacturing process as a whole, it is also possible to improve the accuracy and reliability of the operation of the power generation apparatus based on the salinity difference which can be reduced in price and reduced in size due to the reduced storage capacity, It can make very big progress in terms of efficiency, Because the extent that can not only be sufficient possibility of commercial or business apparently conducted in reality the invention there is industrial applicability.

Claims (13)

고농도의 질산 나트륨(NaNO₃) 수용액이 저장되는 고농도 염수 탱크와,
담수가 저장되는 담수 탱크와,
상기 질산 나트륨의 고농도 염수 및 상기 담수의 염분차를 기반으로 발전하여 신재생 에너지를 생산하는 제1 발전부를 포함하고,
상기 제1 발전부에서 생성된 저농도 질산 나트륨 수용액의 저농도 염수와 상기 담수탱크의 담수의 염분차에 의해 발전하여 신재생 에너지를 생산하는 제2 발전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염분차 기반의 발전 장치.
A high-concentration brine tank in which a high-concentration aqueous solution of sodium nitrate (NaNO3) is stored,
A fresh water tank in which fresh water is stored,
And a first power generation unit for generating renewable energy based on the salinity difference between the high-concentration brine of sodium nitrate and the salinity of the fresh water,
Further comprising a second power generation unit for generating new and renewable energy by generating a salinity difference between the low concentration brine of the aqueous sodium nitrate solution and the fresh water of the fresh water tank generated by the first power generation unit, Device.
제1항에 있어서, 상기 발전 장치는,
상기 제2 발전부를 통해 생성된 저농도 질산 나트륨 수용액의 저농도 염수로부터 질산 나트륨 수용액의 고농도 염수 및 담수로 분리하여 상기 고농도 염수 탱크 및 상기 담수 탱크로 각각 공급하는 막분리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염분차 기반의 발전 장치.
The power generating apparatus according to claim 1,
Further comprising a membrane separation unit for separating the low-concentration aqueous sodium nitrite solution produced from the low-concentration sodium nitrate aqueous solution produced through the second power generation unit into high-concentration saline water and fresh water of an aqueous solution of sodium nitrate, and supplying the saline solution to the highly concentrated salt water tank and the fresh water tank, respectively Car-based power generation equipment.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제2항에 있어서, 상기 막분리부는,
상기 제2 발전부의 저농도 질산 나트륨 수용액의 저농도 염수를 유입하여 막 분리 공정을 통해 농축화된 고농도 염수 및 담수로 분리한 후 상기 고농도 염수 탱크 및 담수 탱크로 전달하는 막분리 모듈을 포함하고,
상기 막분리 모듈은,
상기 저농도 질산 나트륨 수용액의 저농도 염수의 증발 및 응축 방식으로 농축화 질산 나트륨 수용액의 고농도 염수와 담수를 분리하는 막 증발 장치인 것을 특징으로 하는 염분차 기반의 발전 장치.
The membrane-electrode assembly according to claim 2,
And a membrane separation module for separating the low-concentration sodium nitrite aqueous solution of the second power generation section into low-concentration brine by introducing the low-concentration brine of the second power generation section into high-concentration brine and fresh water concentrated through a membrane separation process,
The membrane separation module comprises:
And a membrane evaporator for separating the high concentration brine and fresh water of the concentrated sodium nitrate aqueous solution by the evaporation and condensation method of the low concentration brine of the low concentration sodium nitrate aqueous solution.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 제2 발전부는,
상기 제1 발전부에서 생성된 저농도 질산 나트륨 수용액의 저농도 염수와 상기 담수 탱크의 담수를 전기 투석 공정을 통해 발전하여 신재생 에너지를 생성하는 역전기투석 모듈 및 상기 저농도 염수 및 담수 탱크의 담수의 염분차에 의한 삼투압 및 터빈의 운행 압력으로 발전하는 압력지연 삼투 모듈 중 하나로 구비되는 것을 특징으로 하는 염분차 기반의 발전 장치.
The power generation system according to claim 1,
A reverse electrodialysis module for generating low-concentration brine of the low-concentration sodium nitrate aqueous solution and fresh water of the fresh water tank generated in the first power generation unit through the electrodialysis process to generate new and renewable energy, and a salt of fresh water of the low- And a pressure-delayed osmosis module that generates osmotic pressure by the vehicle and operating pressure of the turbine.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020140083813A 2013-07-04 2014-07-04 Independent power providing apparatus based on the salinity gradient KR101705783B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130078311 2013-07-04
KR1020130078311 2013-07-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150005859A KR20150005859A (en) 2015-01-15
KR101705783B1 true KR101705783B1 (en) 2017-02-14

Family

ID=52477419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140083813A KR101705783B1 (en) 2013-07-04 2014-07-04 Independent power providing apparatus based on the salinity gradient

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101705783B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11502323B1 (en) 2022-05-09 2022-11-15 Rahul S Nana Reverse electrodialysis cell and methods of use thereof
US11502322B1 (en) 2022-05-09 2022-11-15 Rahul S Nana Reverse electrodialysis cell with heat pump

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109426290B (en) * 2017-09-05 2021-12-07 韩国能量技术研究院 Energy self-sufficient type intelligent farm system based on salt difference power generation
TR202014597A2 (en) * 2020-09-15 2020-11-23 Repg Enerji Sistemleri San Ve Tic A S A system with increased efficiency that generates electricity through liquids of different densities

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4166464B2 (en) * 2001-12-10 2008-10-15 国立大学法人東京工業大学 Osmotic power generation system with seawater desalination equipment
KR101067422B1 (en) * 2011-07-01 2011-09-27 한국기계연구원 Method for hybrid generation of electrical power using salinity gradient of salt water and fresh water and hybrid generation system of electrical power using salinity gradient of salt water and fresh water using thereof
JP2012041849A (en) * 2010-08-18 2012-03-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Concentration difference power generation system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL51542A (en) * 1977-02-25 1980-03-31 Univ Ben Gurion Method and apparatus for generating power utilizing reverse electrodialysis

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4166464B2 (en) * 2001-12-10 2008-10-15 国立大学法人東京工業大学 Osmotic power generation system with seawater desalination equipment
JP2012041849A (en) * 2010-08-18 2012-03-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Concentration difference power generation system
KR101067422B1 (en) * 2011-07-01 2011-09-27 한국기계연구원 Method for hybrid generation of electrical power using salinity gradient of salt water and fresh water and hybrid generation system of electrical power using salinity gradient of salt water and fresh water using thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11502323B1 (en) 2022-05-09 2022-11-15 Rahul S Nana Reverse electrodialysis cell and methods of use thereof
US11502322B1 (en) 2022-05-09 2022-11-15 Rahul S Nana Reverse electrodialysis cell with heat pump
US11563229B1 (en) 2022-05-09 2023-01-24 Rahul S Nana Reverse electrodialysis cell with heat pump
US11611099B1 (en) 2022-05-09 2023-03-21 Rahul S Nana Reverse electrodialysis cell and methods of use thereof
US11699803B1 (en) 2022-05-09 2023-07-11 Rahul S Nana Reverse electrodialysis cell with heat pump

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150005859A (en) 2015-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Morgan Techno-economic feasibility study of ammonia plants powered by offshore wind
Rabiee et al. Energy-water nexus: renewable-integrated hybridized desalination systems
KR101705783B1 (en) Independent power providing apparatus based on the salinity gradient
US9586181B2 (en) Electrodialytic separation of CO2 gas from seawater
Abraham et al. Socio-economic & technical assessment of photovoltaic powered membrane desalination processes for India
KR101682064B1 (en) Independent power providing apparatus based on the salinity gradient
KR101297930B1 (en) Hybrid power generation system using salinity gradient of sea water and fresh water
Gude et al. Energy efficiency and renewable energy utilization in desalination systems
US20180128250A1 (en) Combined Electrical and Thermal Renewable/Conventional Energy Storage and On-Demand Hydro-Osmotic Power Generation Methods and Systems
CN102272449A (en) Utility scale osmotic grid storage
Micale et al. Salinity gradient energy
Shouman et al. Economics of renewable energy for water desalination in developing countries
CN112910314A (en) Salt difference power generation device and use method thereof
KR20130003758A (en) Method for hybrid generation of electrical power using salinity gradient of sea water and fresh water
Trapanese et al. Desalination in small islands: The case study of Lampedusa (Italy)
Mehrabian-Nejad et al. Application of PV and solar energy in water desalination system
Elazab et al. A comprehensive review on hybridization in sustainable desalination systems
KR101458429B1 (en) Salinity gradient electric generating device
KR101526214B1 (en) A salinity gradient power generation system using a capmix device
Sahith et al. Renewable energy in desalination and hybrid technologies
KR101519828B1 (en) A hybrid power generation system using energy of salinity difference between salt water and sea water
Saleem et al. Pure water and energy production through an integrated electrochemical process
US20120301801A1 (en) Systems and methods for converting received stored energy
Sheta et al. Economical study for hydrogen production from seawater using renewable energy in Egypt
Shahid et al. A Review of Membrane-Based Desalination Systems Powered by Renewable Energy Sources. Water 2023, 15, 534

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191210

Year of fee payment: 4