KR101757357B1 - 일체형 플레이트를 포함하는 담수 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 담수 장치는 직립 설치되는 복수의 플레이트, 각각의 상기 플레이트의 상측 일면에 위치하며 해수가 채워지는 해수 공급부, 플레이트의 하측 일면에 위치하며 담수가 채워지는 응축수 포켓을 포함하고, 플레이트에는 상기 해수가 상기 플레이트의 상측으로부터 하측으로 흐르도록 형성된 적어도 하나 이상의 홈이 형성되어 있다.

Description

일체형 플레이트를 포함하는 담수 장치{DESALINATION APPARATUS INCLUDING WICKLESS PLATE}

본 발명은 담수 장치에 관한 것으로, 특히 일체형 플레이트를 포함하는 담수 장치에 관한 것이다.

세계적으로 도서지역, 오지, 개발 도상국등과 같이 전력과 상수도 인프라가 동시에 부족한 곳이 많이 있다.

일반적으로 해수를 담수화하는 기술로서는 물의 증발현상을 이용하는 증발법과 막을 이용하는 막여과법이 있다. 막여과법으로서는 역삼투압법이 사용되는데, 상기 역삼투압법은 전기에너지 소모량이 많고 유지, 보수가 어려운 문제점이 있다.

증발법 중 감압 방식은 초기 구축비용 및 유지 관리비가 과다하여 도서지역과 같이 에너지 수급이 어려운 지역에는 사용하기 부적절한 문제점이 있다.

그리고 한국등록특허공보 제10-1425415호의 기재에서와 같이, 플레이트를 이용하여 해수를 증발시키는 다중효용확산 해수담수기의 경우, 플레이트에 해수를 공급하기 위한 윅이 필요하다.

그러나 윅은 주로 천으로 이루어지며 해수에 의해서 오염이 될 수 있으며, 윅을 부착하기 위한 별도의 공정을 필요로 하며, 부착된 윅의 이탈시에 생산되는 담수의 수질이 떨어지는 문제점이 있다.

한국등록특허공보 제10-1425415호(2014.07.31. 공고)

따라서 본 발명은 윅을 사용하지 않으면서도, 해수를 안정적으로 공급하여 용이하게 담수화시킬 수 있는 담수 장치를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 담수 장치는 직립 설치되는 복수의 플레이트, 각각의 상기 플레이트의 상측 일면에 위치하며 해수가 채워지는 해수 공급부, 플레이트의 하측 일면에 위치하며 담수가 채워지는 응축수 포켓을 포함하고, 플레이트에는 상기 해수가 상기 플레이트의 상측으로부터 하측으로 흐르도록 형성된 적어도 하나 이상의 홈이 형성되어 있다.

상기 홈은 상기 해수가 흐르는 방향에 대해서 교차하는 방향으로 굽어진 굴곡부를 가질 수 있다.

상기 홈은 상기 플레이트의 대각 방향으로 형성되어 있으며, 홈은 교차하여 교차점을 형성할 수 있다.

상기 해수 공급부는 상기 플레이트의 타면과 연통되는 공급 구멍을 더 포함하고, 홈은 상기 공급 구멍과 연결되어 있을 수 있다.

상기 플레이트의 상측 일단은 요철 형상을 가질 수 있고, 요철 형상은 상기 해수 공급부에 채워지는 해수의 해수면보다 돌출된 제1 부분과 상기 제1 부분보다 높이가 낮은 제2 부분을 포함하고, 홈은 상기 제2 부분과 연결되어 있을 수 있다.

복수의 상기 해수 공급부에 상기 해수를 공급하는 급수 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 급수 장치는 해수가 저장되어 있는 저장 탱크, 각각의 해수 공급부와 상기 저장 탱크 사이를 연결하는 복수의 배관을 포함할 수 있다.

상기 해수 공급부와 마주하게 설치되어 있는 가열 장치를 더 포함할 수 있다.

상기 가열 장치는 열선 또는 유동관을 포함하고, 유동관에는 발전 시설의 배기가스가 공급될 수 있다.

상기 가열 장치는 해수를 저장하는 저장조, 저장조 위에 설치되어 있으며 상기 해수의 수면에 대해서 일정한 각도로 기울어져 있는 투과체, 해수가 증발되어 응축된 담수가 저장되는 집수부를 포함할 수 있다.

본 발명에서와 같이 담수 장치를 설치하면, 별도의 윅을 설치하지 않아도 플레이트에 해수를 공급하여 용이하게 담수를 생성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 담수 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 담수 장치의 담수 부재의 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 한 실시예에 따른 플레이트에 형성된 홈의 정면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 담수 부재에 포함된 플레이트의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 홈의 형상을 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 담수 부재의 단면도이다.
도 10은 도 9의 담수 부재에 포함된 플레이트의 정면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 담수 장치의 개략적인 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 담수 장치의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 담수 장치의 담수 부재의 단면도이고, 도 3 은 본 발명의 한 실시예에 따른 플레이트에 형성된 홈의 정면도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 5내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 담수 부재에 포함된 플레이트의 정면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 홈의 형상을 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 담수 장치(1000)는 상호간 일정 간격으로 이격되어 직립 설치된 복수의 담수 부재(100)를 포함한다. 각각의 담수 부재(100)는 플레이트(43)와 플레이트(43) 상단에 설치된 해수 공급부(47)와 하부에 설치된 응축수 포켓(49)을 포함한다.

도 2를 참조하면, 플레이트(43)는 지면에 직립 설치되며, 해수가 채워지는 해수 공급부(47)는 플레이트(43)의 상측 일면에 설치되고, 응축된 담수가 모이는 응축수 포켓(49)은 플레이트(43)의 하측 일면에 설치되어 있다.

해수 공급부(47)와 응축수 포켓(49)은 구부러진 측판이 플레이트(43)에 부착되어 플레이트와 측판 사이의 공간에 해수가 저장될 수 있는 저장 공간을 형성한다. 이때, 해수 공급부(47)와 응축수 포켓(49)의 상부는 개방되어 있으며 하부는 해수가 새지 않도록 밀봉될 수 있다.

해수 공급부(47)의 하부에는 해수가 공급되는 공급 구멍(3)이 형성될 수 있다. 공급 구멍(3)은 해수 공급부(47)의 하부에 위치하여 플레이트(43)의 타면까지 관통되어 있다. 공급 구멍(3)의 직경에 따라서 공급되는 해수의 양이 달라지므로, 공급 구멍(3)의 직경은 담수 부재에서 생산되는 담수량에 따라서 다양한 직경으로 형성될 수 있다.

플레이트(43)의 타면에는 해수가 이동할 수 있는 통로를 형성하기 위한 복수의 홈(H)이 형성되어 있다.

구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면 홈(H)은 플레이트(43)의 일면으로부터 타면으로 오목한 형태일 수 있다. 홈(H)은 상부에 위치하는 해수 공급부(47)로부터 플레이트(43)의 하부까지 해수의 이동 경로를 형성하기 위한 것으로, 홈(H)의 일단은 해수 공급부(47)에 형성된 공급 구멍(3)과 연결될 수 있다.

홈(H)의 모양, 개수, 길이, 홈의 깊이 및 폭 등은 해수의 이동 시간에 따라서 다양하게 형성될 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이 각각의 공급 구멍(3)과 연결되어 있는 홈은 동일한 형상을 가질 수 있다.

홈(H)은 도 5에 도시한 바와 같이 플레이트(43)의 대각 방향으로 뻗을 수 있으며, 교차하여 교차점을 형성할 수 있다. 이때, 각각의 공급 구멍(3)과 연결되어 있는 홈은 동일한 각도를 가지도록 기울어지게 형성될 수 있다.

도 3 및 도 5의 홈(H)은 특정 패턴을 가지도록 형성되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 도 6에 도시한 바와 같이 불규칙하게 굽어지는 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 즉, 각 공급 구멍(3)과 연결되어 있는 홈(H)은 다양한 각도를 가지도록 굽어지고, 다양한 횟수로 굽어질 수 있다.

또한, 홈(H)은 도 7에 도시한 바와 같이, 해수가 플레이트(43)를 흐르는 방향과 교차하도록, 즉 플레이트(43)의 일측으로부터 타측으로 가로지르도록 형성될 수 있다.

이때, 홈(H)은 플레이트(43)를 가로지르는 제1 홈(H1), 제1 홈(H1)과 공급 구멍(3)을 연결하는 제2 홈(H2)을 포함할 수 있다. 도7에서는 제2 홈(H2)은 공급 구멍(3)과 가장 인접한 제1 홈(H1)과 공급 구멍(3)을 연결하는 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 해수의 이동 속도 및 이동 양에 따라서 이웃하는 제1 홈(H1) 사이를 연결할 수 있다.

한편, 홈(H)의 단면은 가공 방법에 따라 달라질 수 있으며, 단면 형상은 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이 사각형, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이 삼각형과 같은 다각형이거나, 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이 반원 형상일 수 있다. 홈(H)의 단면 모양 및 크기를 변형하면 해수가 흐르는 속도 및 이동 양을 용이하게 조절할 수 있다.

플레이트(43)는 열전도도가 좋고 홈(H)을 용이하게 형성할 수 있는 물질로 이루어질 수 있으며, SUS와 같은 금속 또는 비금속재료로 이루어질 수 있다.

이처럼, 본 발명에서와 같이 플레이트에 홈을 형성하면 해수 공급부로부터 플레이트에 해수를 공급하기 위한 윅을 추가 설치하지 않아도 되므로, 윅을 설치하기 위한 추가 비용이 발생하지 않는다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 담수 부재의 단면도이고, 도 10은 도 9의 담수 부재에 포함된 플레이트의 정면도이다.

도 9의 담수 부재는 도 2의 담수 부재와 동일하므로 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.

도 9의 담수 부재는 플레이트(43), 플레이트(43)의 상부 일면에 설치되어 있는 해수 공급부(47), 플레이트(43)의 하부 일면에 설치되어 있는 응축수 포켓(49)을 포함하고, 플레이트(43)의 타면에는 홈(H)이 형성되어 있다. 홈(H)은 도 3 내지 도 8c에서와 같은 형상으로 형성될 수 있다.

도 2에서는 홈(H)에 해수를 공급하기 위해서, 해수 공급부(47)의 하부에 공급 구멍을 형성하고, 공급 구멍과 홈을 연결하여 해수를 공급하는 반면, 도 9의 담수 부재는 공급 구멍 없이 홈에 해수를 공급할 수 있다.

도 10을 참조하면, 해수 공급부(47)는 구부러진 형태의 측판이 플레이트에 부착되어 플레이트와 측판 사이의 공간에 해수가 저장될 수 있는 저장 공간을 형성하는데, 해수 공급부(47)의 측판이 플레이트의 일단보다 돌출되도록 해수 공급부(47)가 플레이트에 설치되어 있다.

따라서, 해수 공급부(47)에 해수(W1)를 채울 경우, 일정 용량(해수의 수면과 플레이트의 일단이 동일한 경우)을 넘으면 해수는 플레이트(43)의 타면으로 넘쳐 흐른다. 이때, 해수가 용이하게 홈(H)을 따라 흐를 수 있도록, 플레이트(43)의 상부는 요철 형상을 가질 수 있다.

즉, 요철 형상은 해수 공급부에 채워지는 해수의 해수면보다 돌출된 부분과 상기 돌출 부분보다 높이가 낮은 부분(A)을 포함한다. 따라서, 도10에서와 같이 플레이트(43)의 상부에 위치에 따라서 상대적으로 돌출된 부분과 낮은 부분(A)을 포함하는 요철을 형성하면, 해수는 상대적으로 낮은 부분(A)으로 넘쳐 흐르게 된다. 따라서, 해수가 넘쳐 흐르는 부분(A)에 홈(H)을 연결하여, 해수가 용이하게 홈을 따라 흐르도록 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 플레이트에 직접적으로 홈을 형성하여 해수의 이동 경로를 형성하면, 플레이트에 해수를 공급하기 위해서 윅과 같은 별도의 장치를 설치할 필요가 없다. 따라서 별도의 장치를 설치하거나 교체하기 위한 비용을 감소시킬 수 있다.

도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 담수 장치의 개략적인 단면도이다.

도 11에 도시한 본 발명의 한 실시예에 따른 담수 장치는 제1 담수부(210)와 제2 담수부(220)를 포함한다.

제1 담수부(210)는 도 1내지 도 10에 도시한 담수 부재를 포함할 수 있으며, 제2 담수 부재는 제1 담수부(210)를 가열하는 열원을 제공하는 동시에 해수를 담수화할 수 있다.

제1 담수부(210)는 도 1내지 도 10과 동일하므로, 제2 담수부(220)에 대해서 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

제2 담수부는 해수(W1)를 저장하는 저장조(10), 태양광을 투과하는 투과체(20) 및 담수(W2)를 집수하는 집수유로(30)를 포함한다.

저장조(10)는 제2 담수부의 하부에 설치되어 있으며, 해수(W1)가 저장된다.

투과체(20)는 저장조(10)와 이격되어 저장조(10)의 상부에 설치되어 있다. 투과체(20)는 태양광(태양 복사 에너지)이 투과될 수 있는 투명 재질, 예를 들어 유리 또는 투명 고분자 물질 등으로 형성될 수 있다.

투과체(20)는 저장조(10)의 해수면에 대해서 일정한 각도를 가지고 기울어져 있다. 이러한 투과체(20)의 경사각도(α)는 사용자의 필요에 따라, 본 발명의 담수 장치가 설치되는 대상지역의 계절별, 위도별 등에 의해서 다양하게 조절되어 설치될 수 있다.

한편, 저장조(10)에는 배기 가스와 같은 유체가 이동하며 해수를 가열할 수 있는 유동관(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 유동관은 적어도 일부가 저장조(10) 내에 저장된 해수에 잠겨 유동관과 해수가 접촉하도록 설치된다. 유동관은 저장조의 해수에 균일한 열전달을 위해서 일정한 간격으로 다양한 형태로 배치될 수 있으며, 예를 들어, 지그재그 형태일 수 있다. 유동관 내부에는 본 발명의 담수 장치가 설치되는 해당 설치 지역의 발전/전력 설비로부터 배출되는 배기 가스가 흐를 수 있다.

집수유로(30)는 제2 담수부 내의 저장조(10) 일측에 설치되어 있으며, 저장조(10)의 해수(W1)가 가열 및 증발하여 생성된 담수(W2)가 저장된다.

도 11의 담수 장치에서는 제2 담수부(220)의 저장조(10)의 해수가 투과체(20)를 통해서 전달되는 태양광에 의해서 가열되고, 이로 인해서 해수가 증발되어 수증기가 된다. 이후, 증발된 수증기는 투과체의 저면에 맺혀 물방울이 되고 일정한 크기로 커진 물방울은 기울어진 투과체의 저면을 따라 흘러 내려 집수유로(30)로 모이게 된다.

제2 담수부(220)에 의해서 담수가 생산될 때, 제2 담수부에서 증발된 수증기가 투과체뿐 아니라, 제2 담수부(220)와 인접한 제1 담수부(210)의 담수 부재(100a) 방향으로 확산될 수 있다. 확산된 수증기는 제1 담수 부재(100a)의 플레이트와 접촉하여 물방울 형태로 응축되어 응축수 포켓에 낙하 저장된다.

이때, 수증기가 응축되면서 발생하는 응축 잠열은 플레이트를 통해서, 플레이트를 따라 흐르는 해수를 가열 증발시키는 열원으로 이용된다.

또한, 플레이트를 따라 흐르는 해수는 투과체를 통하여 플레이트에 직접 입사된 태양열로 가열 증발될 수 있다. 이때, 해수는 플레이트에 형성된 홈을 따라 흐르며, 해수 공급부(47a, 47b, 47c, 47d)에 저장된 양에 따라서 일정한 속도로 홈에 공급될 수 있다. 제2 담수부와 플레이트의 거리에 따라서 해수의 증발량이 달라질 수 있으므로, 해수의 증발양에 따라서 홈에 공급되는 해수의 양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 도 2에서와 같이 공급 구멍을 통해서 해수가 홈에 공급될 경우, 공급 구멍의 크기를 조절하거나, 홈의 크기를 조절하여 해수의 공급량을 조절할 수 있다.

이처럼, 플레이트(43a)의 홈을 따라 흐르는 해수는 응축 잠열과 투과체를 통한 직접 입사되는 태양광을 열원으로 하여 가열된 후 증발될 수 있으며, 증발된 수증기는 확산되어 인접한 다음 단의 플레이트의 전면에서 응축되어 응축수 포켓(49b)에 저장될 수 있다.

즉, 저장조(10)의 해수가 증발된 후 제1 플레이트(43a)의 전면에서 응축될 시, 이때 발생하는 응축 잠열이 제1 플레이트를 통해 제1 플레이트(43a)의 홈을 따라 흐르는 해수를 가열하게 되는 것이며, 제1 플레이트(43a)의 전면에는 투과체(20)를 통해 입사되는 태양열이 전달되어 해수(W1)를 가열하는 추가 열원으로 사용될 수 있다.

이때, 제1 담수 부재(100a)의 플레이트(43a)의 전면에는 흑색으로 코팅하여 태양광의 흡수율을 높일 수 있다.

제1 담수 부재(100a)에서 증발한 수증기는 인접해 있는 제2 담수 부재(100b)의 플레이트(43b)의 전면에서 응축되어 하단으로 흘러 내리게 된다.

이때, 제2 담수 부재(100b)의 전면에서 발생하는 응축 잠열은 플레이트(43b)를 통해서 플레이트(43b) 후면의 홈을 따라 흐르는 해수(W1)에 전도되어, 해수(W1)를 가열하는 열원으로 적용된다.

그리고 연속하여 제2 담수부재(100b)에서 가열된 해수(W1)는 또 다시 증발이 일어나고, 인접한 제3 담수 부재(100c)의 전면에서 응축되며, 이러한 응축 잠열은 제3 담수 부재(100c)를 따라 흐르는 해수(W1)의 가열 열원으로 전도된 후 제3 담수 부재의 응축수 포켓(49c)으로 집수된다.

이상에서와 같이, 해수의 증발, 응축, 전도, 증발의 과정이 이후의 플레이트에서도 반복적으로 일어나서 응축수를 생산하는 구조가 되며, 이론적으로 플레이트(100a, 100b,..., 100n)의 벽면온도가 외기온도가 될 때까지 반복해서 응축수가 생산되는 구조가 된다.

도 11에서는 태양열을 이용한 제2 담수부를 가지는 담수 장치에 대해서 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 담수부를 직접 가열할 수 있는 가열 부재를 포함할 수 있다.

즉, 제1 담수부와 마주하는 플레이트의 일측에 열선을 포함하는 가열 부재, 또는 배기 가스가 이동할 수 있는 이동 통로가 형성된 가열 부재 등을 설치하여 제1 담수부를 가열하는 열원으로 사용할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

Claims (9)

1. 직립 설치되는 복수의 플레이트,
   각각의 상기 플레이트의 상측 일면에 위치하며 해수가 채워지는 해수 공급부,
   상기 플레이트의 하측 일면에 위치하며 담수가 채워지는 응축수 포켓
   을 포함하고,
   상기 플레이트에는 상기 해수가 상기 플레이트의 상측으로부터 하측으로 흐르도록 형성된 적어도 하나 이상의 홈이 형성되어 있고,
   상기 해수 공급부는 상기 플레이트의 타면과 연통되는 공급 구멍을 더 포함하고,
   상기 홈은 상기 공급 구멍과 연결되어 있는 담수 장치.
2. 제1항에서,
   상기 홈은 상기 해수가 흐르는 방향에 대해서 교차하는 방향으로 굽어진 굴곡부를 가지는 담수 장치.
3. 제2항에서,
   상기 홈은 상기 플레이트의 대각 방향으로 형성되어 있으며,
   상기 홈은 교차하여 교차점을 형성하는 담수 장치.
4. 삭제
5. 직립 설치되는 복수의 플레이트,
   각각의 상기 플레이트의 상측 일면에 위치하며 해수가 채워지는 해수 공급부,
   상기 플레이트의 하측 일면에 위치하며 담수가 채워지는 응축수 포켓
   을 포함하고,
   상기 플레이트에는 상기 해수가 상기 플레이트의 상측으로부터 하측으로 흐르도록 형성된 적어도 하나 이상의 홈이 형성되어 있고,
   상기 플레이트의 상측 일단은 요철 형상을 가지고,
   상기 요철 형상은 상기 해수 공급부에 채워지는 해수의 해수면보다 돌출된 제1 부분과 상기 제1 부분보다 높이가 낮은 제2 부분을 포함하고,
   상기 홈은 상기 제2 부분과 연결되어 있는 담수 장치.
6. 삭제
7. 제1항 또는 제5항에서,
   상기 해수 공급부와 마주하게 설치되어 있는 가열 장치
   를 더 포함하는 담수 장치.
8. 제7항에서,
   상기 가열 장치는 열선 또는 배기 가스가 이동하는 통로를 포함하는 담수 장치.
9. 제7항에서,
   상기 가열 장치는 해수를 저장하는 저장조,
   상기 저장조 위에 설치되어 있으며, 상기 해수의 수면에 대해서 일정한 각도로 기울어져 있는 투과체,
   상기 해수가 증발되어 응축된 담수가 저장되는 집수유로
   를 포함하는 담수 장치.

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