KR101767827B1 - Thermally driven osmotic pump and power generating system using the same - Google Patents

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김동권
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Abstract

The present invention provides a thermally driven osmotic pump and a power generation system using the same. The thermally driven osmotic pump comprises: a body having a flow path formed therein; front end and a rear end osmotic membranes which are disposed on the flow path of the body with a space therebetween and hold a solution, a mixture of a solvent and a solute, therebetween; a solvent inlet portion disposed at a front end portion of the front end osmotic membrane to introduce a solvent whose concentration is lower than that of the solution; a solvent outlet portion disposed at a rear end portion of the rear end osmotic membrane to discharge the solvent having passed the front end rear osmotic membrane; and a temperature control unit controlling temperature of the solution so that the temperature of the solution decreases as the solution moves from the front end osmotic membrane toward the rear end osmotic membrane. According to the present invention, the thermally driven osmotic pump and the power generation system using the osmotic pump can form osmotic pressure of a liquid using a concentration difference between the solution and the solvent and increase the strength of hydraulic pressure using the temperature difference between the solution and the solvent as well, so it is possible to increase pressure acquisition efficiency and improve power generation efficiency by producing electric energy using the acquired high hydraulic pressure.

Description

열적으로 구동하는 삼투 펌프 및 이를 이용한 발전시스템{Thermally driven osmotic pump and power generating system using the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a thermally driven osmotic pump and a power generation system using the osmotic pump.

본 발명은 삼투 펌프 및 이를 이용한 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온도 구배 및 농도에 따른 액체의 삼투 현상에 의해 구동되는 삼투 펌프 및 이를 이용한 발전시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a osmotic pump and a power generation system using the osmotic pump, and more particularly, to a osmotic pump driven by an osmosis phenomenon of a liquid depending on a temperature gradient and a concentration, and a power generation system using the same.

일반적으로 농도가 다른 두 액체 사이에 선택적으로 반투과성 막을 설치하면, 두 용액의 농도 차이에 의하여 유압이 형성된다. 부연하면, 일정 공간 내에 반투막을 설치하고, 그 양 쪽으로 용액과 순수 용매를 각각 공급하면, 상기 용매와 순수 용매의 농도가 평형을 이루기 위하여 순수 용매의 일정량이 용액 속으로 침투하는 과정에서 용매의 유압이 형성된다.Generally, when a semi-permeable membrane is selectively installed between two liquids having different concentrations, hydraulic pressure is formed due to the difference in concentration of the two solutions. Further, when a semi-permeable membrane is provided in a certain space, and a solution and a pure solvent are supplied to both sides of the semi-permeable membrane, a certain amount of pure solvent penetrates into the solution in order to balance the concentrations of the solvent and the pure solvent. .

유압이 발생하는 원리를 더욱 상세하게 설명하면, 용액 속에 녹아 있는 물질의 분자는 기체분자와 같은 법칙으로 운동하여 반투막에 압력을 미치게 되면서 삼투 현상에 의하여 발생하는 압력을 P, 용질 n mol을 용해하는 용액의 부피를 Vℓ, 용액의 절대온도를 T, 기체상수를 R라 하면, 용액의 농도가 크지 않은 범위에서 아래와 같은 수학식이 성립한다.The principle of generating hydraulic pressure will be described in more detail. The molecules of a substance dissolved in a solution move under the same principle as a gas molecule and pressurize the semipermeable membrane, so that the pressure generated by the osmosis phenomenon is P, If the volume of the solution is Vl, the absolute temperature of the solution is T, and the gas constant is R, the following equation is established within the range where the solution concentration is not large.

[수학식] PV = nRT[Mathematical expression] PV = nRT

상기 수학식에 의하면, 상기 용매와 용액은 반투막을 사이에 두고 용질의 농도로 인하여 압력 차이가 발생하게 되며, 압력이 높은 곳에서 압력이 낮은 곳으로 유동하는 액체의 성질에 따라, 일 방향으로 용매가 유동하는 현상이 발생한다.According to the above equation, a difference in pressure occurs between the solvent and the solution due to the concentration of the solute through the semipermeable membrane. Depending on the nature of the liquid flowing from the high pressure to the low pressure, A phenomenon occurs in which the fluid flows.

위와 같은 삼투현상을 이용한 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-1554810호가 개시되어 있다. 여기에서는 하우징; 상기 하우징의 내측에 위치하여 수축 가능한 용기 내부에 약물을 저장하고, 압력에 의해 저장된 약물이 외부로 토출되는 약물토출구가 일 측면에 형성된 약물저장부; 상기 약물저장부의 일 측면에 위치하고, 상기 용기가 삼투압에 의해 팽창될 경우, 상기 약물저장부를 가압하는 구동부;를 포함하며 상기 구동부는, 농도가 다른 용액이 저장되는 적어도 둘 이상의 용기; 상기 둘 이상의 용기를 연결하여, 상기 용기에 저장된 용액이 이동되는 튜브; 상기 튜브의 내측에 위치하여 상기 용액 내 용매 및 용질이 선별적으로 투과되는 반투막; 및 상기 튜브의 개도를 조절하여 상기 튜브를 통해 이동되는 용액의 양을 조절하는 개폐조절수단을 포함하는 삼투압 펌프를 제공하고 있다.Korean Patent Registration No. 10-1554810 discloses a technique using the osmotic phenomenon as described above. Here, the housing; A drug reservoir which is disposed inside the housing and stores the drug inside the shrinkable container and has a drug discharge port formed at one side thereof for discharging the drug stored by the pressure; And a driving unit positioned at one side of the drug storage unit and pressing the drug storage unit when the container is inflated by osmotic pressure, the driving unit comprising: at least two containers in which solutions having different concentrations are stored; A tube through which the solution stored in the container is transferred by connecting the two or more containers; A semi-permeable membrane positioned inside the tube and selectively permeating the solvent and the solute in the solution; And opening and closing means for adjusting the amount of the solution moved through the tube by regulating the opening degree of the tube.

그러나 상기와 같은 삼투압 펌프는 용액 간이 농도 차이에 의한 유압을 형성하고 있으나, 이처럼 농도차에 의해 형성되는 유압만으로는 유용한 펌프로서의 기능을 수행하기 어렵다는 한계가 있다. However, such an osmotic pump forms a hydraulic pressure due to a difference in concentration between solutions, but there is a limit in that it is difficult to perform a function as a useful pump only by the hydraulic pressure formed by the concentration difference.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 삼투 현상으로 인하여 발생하는 유압뿐만 아니라 온도구배를 형성하여 효율을 향상시킨 삼투 펌프 및 이를 이용한 발전시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a osmotic pump and a power generation system using the osmotic pump. The osmotic pump improves efficiency by forming a temperature gradient as well as hydraulic pressure caused by osmosis phenomenon.

본 발명의 일 측면에 따른 열적으로 구동하는 삼투 펌프는 내부에 유동로가 형성된 몸체; 상기 몸체의 유동로 상에 이격 배치되고, 그 사이에 용매와 용질이 혼합된 용액이 수용된 전단 및 후단 삼투막; 상기 전단 삼투막의 전단부에 배치되고, 상기 용액보다 농도가 낮은 용매를 유입하는 용매 유입부; 상기 후단 삼투막의 후단부에 배치되고, 상기 후단 삼투막을 통과한 용매를 배출하는 용매 배출부; 및 상기 전단 삼투막에서 후단 삼투막 쪽으로 갈수록 상기 용액의 온도가 낮아지도록 상기 용액의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함한다.A thermally driven osmotic pump according to an aspect of the present invention includes: a body having a flow path formed therein; A front end and a rear end osmosis membrane which are disposed on a flow path of the body and in which a solution mixed with a solvent and a solute is accommodated; A solvent inflow portion disposed at a front end portion of the shear osmosis membrane, the solvent inflow portion having a lower concentration than the solution; A solvent discharge part disposed at a rear end of the rear end osmosis membrane and discharging a solvent passed through the rear end osmosis membrane; And a temperature controller for controlling the temperature of the solution so that the temperature of the solution decreases from the shear osmosis membrane toward the downstream osmosis membrane.

상기 온도조절부는, 상기 전단 삼투막에 인접 배치되어 상기 용액에 열을 가하는 고온부를 포함할 수 있다. 여기서 상기 고온부는, 상기 전단 삼투막의 후단에 배치되어 상기 용액에 직접 열을 가하는 다공성 소재의 가열부와, 상기 몸체 상에 설치되어 외부의 열원으로부터 열을 공급받아 상기 가열부재에 전달하는 전단 열전도부재를 구비할 수 있다. 여기서 상기 외부의 열원은 각종 산업체로부터 방출되는 폐열을 회수하여 열을 공급하는 것이 바람직하다.The temperature regulating unit may include a high temperature part disposed adjacent to the shear osmosis membrane and applying heat to the solution. The high-temperature portion may include a heating portion of a porous material disposed at a rear end of the shear osmosis membrane to directly heat the solution, a front heat conduction member provided on the body and receiving heat from an external heat source, . Here, the external heat source preferably recovers waste heat discharged from various industries to supply heat.

상기 온도조절부는, 상기 후단 삼투막에 인접 배치되어 상기 용액으로부터 열을 회수하는 저온부를 포함할 수 있다. 여기서 상기 저온부는, 상기 후단 삼투막의 전단에 배치되어 상기 용액의 열을 직접 회수하는 다공성 소재의 냉각부재와, 상기 냉각부재의 열을 외부로 배출하도록 상기 몸체 상에 설치되는 후단 열전도부재를 포함할 수 있다.The temperature regulating unit may include a low temperature part disposed adjacent to the rear end osmosis membrane to recover heat from the solution. The low temperature portion may include a cooling member of a porous material disposed at a front end of the rear end osmosis membrane to directly recover the heat of the solution and a rear heat transfer member disposed on the body to discharge heat of the cooling member to the outside .

또한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 내부에 유동로가 형성된 몸체; 상기 몸체의 유동로 상에 이격 배치되고, 그 사이에 용매와 용질이 혼합된 용액이 수용된 전단 및 후단 삼투막; 상기 전단 삼투막의 전단부에 배치되고, 상기 용액보다 농도가 낮은 용매를 유입하는 용매 유입부; 상기 후단 삼투막의 후단부에 배치되고, 상기 후단 삼투막을 통과한 용매를 배출하는 용매 배출부; 상기 전단 삼투막에서 후단 삼투막 쪽으로 갈수록 상기 용액의 온도가 낮아지도록 상기 용액의 온도를 조절하는 온도조절부; 및 상기 용매 배출부를 통해 배출되는 용매의 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 발전기를 포함하는 발전 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell comprising: a body having a flow path formed therein; A front end and a rear end osmosis membrane which are disposed on a flow path of the body and in which a solution mixed with a solvent and a solute is accommodated; A solvent inflow portion disposed at a front end portion of the shear osmosis membrane, the solvent inflow portion having a lower concentration than the solution; A solvent discharge part disposed at a rear end of the rear end osmosis membrane and discharging a solvent passed through the rear end osmosis membrane; A temperature controller for controlling the temperature of the solution so that the temperature of the solution decreases from the shear osmosis membrane toward the downstream osmosis membrane; And a generator for generating electric power by using energy of a solvent discharged through the solvent discharge portion.

본 발명의 열적으로 구동하는 삼투 펌프 및 이를 이용한 발전시스템은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.The thermally driven osmotic pump of the present invention and the power generation system using the osmotic pump can achieve the following effects.

첫째, 용액과 용매의 농도 차이를 이용하여 액체의 삼투압을 형성하는 동시에 용액의 구간별 온도 차이를 이용하여 유압의 세기를 높임으로써, 압력의 획득 효율을 높일 수 있다. 또한 획득된 높은 유압을 이용하여 전기에너지를 생산하여 전력 생산 효율을 향상시킬 수 있다.First, the osmotic pressure of the liquid is formed by using the difference between the concentration of the solvent and the solution, and the pressure acquisition efficiency can be increased by increasing the intensity of the hydraulic pressure by using the temperature difference between the solutions. Also, it is possible to improve electric power production efficiency by producing electric energy using the obtained high hydraulic pressure.

둘째, 용액의 구간별 온도 차이를 주기 위한 수단으로 회수된 폐열을 이용함으로써, 폐열을 효과적으로 활용 및 재회수할 수 있다.Second, the waste heat can be effectively utilized and reused by using the recovered waste heat as a means for giving the temperature difference of the solution section.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열적으로 구동하는 삼투 펌프를 개략적으로 도시한 구조도,
도 2는 도 1에서 나타낸 삼투 펌프의 동작상태를 설명하기 위한 사용상태도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전시스템을 개략적으로 도시한 구조도이다.FIG. 1 is a schematic view of a thermally driven osmotic pump according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a use state diagram for explaining the operation state of the osmotic pump shown in FIG. 1,
3 is a schematic view illustrating a power generation system according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, at the time of the present application, It should be understood that variations can be made.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열적으로 구동하는 삼투 펌프를 개략적으로 도시한 구조도이다.1 is a schematic view illustrating a thermally driven osmotic pump according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 열적으로 구동하는 삼투 펌프(10: 이하, “삼투 펌프”라 함) 압력에 따른 액체의 이동 현상과 농도에 따른 액체의 삼투 현상을 이용하여 에너지를 형성하기 위한 장치이다. 이를 위하여 상기 삼투 펌프(10)는 몸체(100), 전단 및 후단 삼투막(210)(220), 용매 유입부(300), 용매 배출부(400) 및 온도조절부(500)를 구비한다.A device for forming energy by using a thermally driven osmotic pump 10 (hereinafter referred to as " osmotic pump ") according to an embodiment of the present invention, to be. The osmotic pump 10 includes a body 100, front and rear osmosis membranes 210 and 220, a solvent inlet 300, a solvent outlet 400, and a temperature controller 500.

상기 몸체(100)은 내부에 유동로(101)를 형성한다. 이때 상기 유동로(101)는 후술(後述)할 용매 유입부(300)와 용매 배출부(400) 사이를 오가는 용매의 통로 역할을 수행한다.The body 100 forms a flow path 101 therein. At this time, the flow path 101 serves as a passage for the solvent flowing between the solvent inflow portion 300 and the solvent discharge portion 400 to be described later.

상기 전단 및 후단 삼투막(210)(220)은 상기 몸체(100)의 유동로(101) 상에 이격되어 배치된다. 이때 상기 전단 및 후단 삼투막(210)(220)의 사이에 용매(B)와 용질(C)이 혼합된 용액(A)이 수용된다. 여기서 상기 전단 및 후단 삼투막(210)(220)은 상기 용매(B)는 통과시키되 상기 용질(C)은 통과하지 못하는 반투과성 물질로 이루어진다. The front and rear osmosis membranes 210 and 220 are spaced apart from each other on the flow path 101 of the body 100. At this time, a solution (A) in which the solvent (B) and the solute (C) are mixed is accommodated between the front and rear end osmosis membranes (210, 220). The front and rear osmosis membranes 210 and 220 are made of a semi-permeable material that passes the solvent B but does not allow the solute C to pass therethrough.

상기 용매 유입부(300)는 상기 전단 삼투막(210)의 전단부에 배치된다. 이때 상기 용매 유입부(300)는 외부로부터 상기 용액(A)보다 농도가 낮은 용액 또는 용매(B)를 공급받는다. 더욱 바람직하게는, 상기 용매 유입부(300)는 용질(C)이 포함하지 않은 용매(B) 만을 수용하는 것이 장치의 유지 및 관리의 측면에서 유리하다.The solvent inflow part 300 is disposed at the front end of the shear osmosis membrane 210. At this time, the solvent inflow part 300 receives a solution or solvent B having a lower concentration than the solution A from the outside. More preferably, the solvent inflow section 300 is advantageous in terms of maintenance and management of the apparatus, in which only the solvent B not containing the solute C is accommodated.

상기 용매 배출부(400)는 상기 후단 삼투막(220)의 후단부에 배치되며 상기 용매 유입부(300)로부터 상기 후단 삼투막(220)을 통과한 용매가 유입된다. 이때 상기 용매 배출부(400)로 유입된 용매가 압축되면서 상기 용매 배출부(400) 내에 소정의 유압이 형성된다.The solvent discharge part 400 is disposed at the rear end of the rear end osmosis membrane 220 and the solvent passed through the rear end osmosis membrane 220 flows from the solvent inlet part 300. At this time, the solvent flowing into the solvent discharge part 400 is compressed, and a predetermined oil pressure is formed in the solvent discharge part 400.

상기 온도 조절부(500)는 상기 전단 삼투막(210)과 후단 삼투막(220)의 사이에 배치된다. 이때 상기 온도 조절부(500)는 상기 전단 삼투막(210)과 후단 삼투막(220)의 사이에 수용된 용액(A)의 온도를 조절하기 위한 것으로, 상기 전단 삼투막(210)에서 후단 삼투막(220) 쪽으로 갈수록 상기 용액(A)의 온도가 낮아지도록 상기 용액(A)의 온도를 조절한다. 이를 위해 상기 온도 조절부(500)는 고온부(510)과 저온부(520)을 구비할 수 있다.The temperature regulator 500 is disposed between the shear osmosis membrane 210 and the downstream osmosis membrane 220. The temperature regulator 500 controls the temperature of the solution A accommodated between the shear osmosis membrane 210 and the downstream osmosis membrane 220. The temperature regulator 500 regulates the temperature of the solution A received between the shear osmosis membrane 210 and the downstream osmosis membrane 220, The temperature of the solution (A) is adjusted so that the temperature of the solution (A) becomes lower toward the center (220). For this, the temperature controller 500 may include a high temperature part 510 and a low temperature part 520.

이하에서는, 상기 온도조절부(500)의 구성과 작동 원리를 도 1 및 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 도 2는 도 1에서 나타낸 삼투 펌프의 동작상태를 설명하기 위한 사용상태도이다.Hereinafter, the configuration and operation principle of the temperature regulating unit 500 will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 2 is a use state diagram for explaining an operation state of the osmotic pump shown in Fig.

도면을 참조하면, 상기 고온부(510)은 상기 전단 삼투막(210)에 인접 배치되어 상기 용액(A)에 열을 가한다. 이때 상기 고온부(510)는 상기 전단 삼투막(210)에 인접한 b부분의 용액(A)의 온도를 높인다. 이를 위해 상기 고온부(510)는, 외부의 열원(S)으로부터 열을 전달받는 전단 열전도부재(511)와, 상기 전달된 열을 상기 용액(A)에 가하는 가열부재(512)를 구비할 수 있다.Referring to the drawing, the high temperature part 510 is disposed adjacent to the shear osmosis membrane 210 to apply heat to the solution A. At this time, the high temperature part 510 increases the temperature of the solution A in the part b adjacent to the shear osmosis membrane 210. The high temperature section 510 may include a front stage heat conduction member 511 receiving heat from an external heat source S and a heating member 512 applying the transferred heat to the solution A .

상기 전단 열전도부재(511)는 상기 열원(S)으로부터 열을 전달받아 상기 가열부재(512)에 전달하기 위한 것으로 상기 열전도부재(511)는 상기 몸체(100) 상에 상기 가열부재(512)의 외주를 둘러싸도록 배치되는 것이 바람직하다. The front end heat conduction member 511 receives heat from the heat source S and transfers the heat to the heating member 512. The heat conduction member 511 is disposed on the body 100, And is disposed so as to surround the outer periphery.

또한 상기 가열부재(512)는 상기 열전도부재(511)로부터 전달된 열을 상기 용액(A)에 직접 가하기 위한 것으로 상기 전단 삼투막(210)의 후단에 배치된다. 이때 상기 가열부재(512)는 상기 용액(A)의 용질(C) 및 용매(B)가 상기 가열부재(512)를 자유롭게 통과할 수 있도록 다공성 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.The heating member 512 is disposed at the rear end of the sheathed osmosis membrane 210 for directly applying the heat transferred from the heat conduction member 511 to the solution A. [ The heating member 512 is preferably made of a porous material so that the solute C and the solvent B of the solution A can freely pass through the heating member 512.

이때 상기 열원(S)은 각종 산업체로부터 방출된 폐열을 회수하여 열을 공급하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the heat source S collects waste heat emitted from various industries and supplies heat.

이처럼 구비되는 상기 고온부(510)은 도 2에 도시된 b 영역의 온도를 높여, a영역과 b영역 상의 온도 차이를 형성한다. 이때 하기와 같은 수학식에 의거하여, 상기 a영역과 상기 b영역 상에는 농도와 온도 차이에 따른 압력의 차이(

Figure 112016040039153-pat00001
)가 발생한다.The high-temperature portion 510 provided as described above increases the temperature of the region b shown in FIG. 2 to form a temperature difference between the region a and the region b. At this time, based on the following equation, a difference in pressure due to concentration and temperature difference
Figure 112016040039153-pat00001
).

[수학식] PV = nRT[Mathematical expression] PV = nRT

이때 삼투 현상에 의하여 발생하는 압력을 P, 용질 n mol을 용해하는 용액의 부피를 Vℓ, 용액의 절대온도를 T, 기체상수를 R로 정의한다.In this case, the pressure generated by the osmotic phenomenon is defined as P, the volume of the solution dissolving n mol of the solute as Vℓ, the absolute temperature of the solution as T, and the gas constant as R.

한편, 상기 저온부(520)은 상기 후단 삼투막(220)에 인접 배치되어 상기 용액(A)으로부터 열을 회수한다. 이때 상기 저온부(520)은 상기 후단 삼투막(220)에 인접한 c부위의 용액(A)의 온도를 낮추는 역할을 한다. 이를 위해 상기 저온부(520)는 상기 용액(A)의 열을 외부로 배출하는 후단 열전도부재(521)와 상기 용액(A)의 열을 직접적으로 회수하여 상기 후단 열전도부재(521)에 전달하는 냉각부재(522)를 구비할 수 있다.On the other hand, the low temperature part 520 is disposed adjacent to the rear end osmosis membrane 220 to recover heat from the solution A. At this time, the low temperature part 520 serves to lower the temperature of the solution A at the c site adjacent to the downstream osmosis membrane 220. The low temperature part 520 may include a downstream heat transfer member 521 for discharging the heat of the solution A to the outside and a cooling part for directly recovering the heat of the solution A and transferring the heat to the downstream heat transfer member 521. [ Member 522 as shown in FIG.

상기 후단 열전도부재(521)는 상기 냉각부재(522)로부터 열을 전달받아 외부로 배출시키기 위한 것으로, 상기 후단 열전도부재(521)는 상기 몸체(100)상에 상기 냉각부재(522)의 외주를 둘러싸도록 배치되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 후단 열전도부재(521)는 상기 전달된 열을 상기 열원(S)으로 공급하여 재이용하는 것이 가능하나, 이에 한정하는 것은 아니다.The rear end heat conduction member 521 receives heat from the cooling member 522 and discharges the heat to the outside. The rear end heat conduction member 521 surrounds the outer circumference of the cooling member 522 on the body 100 It is preferable to arrange it so as to surround it. Here, the rear end heat conductive member 521 may supply the heat to the heat source S and reuse it, but the present invention is not limited thereto.

또한 상기 냉각부재(522)는 상기 용액(A)내에 배치되어 상기 용액(A)의 열을 회수하여 상기 후단 열전도부재(521)로 전달하며 상기 후단 삼투막(220)의 전단에 배치된다. 이때 상기 냉각부재(512)는 상기 용액(A)의 용질 및 용매가 상기 가열부재(512)를 자유롭게 통과할 수 있도록 다공성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서 상기 가열부재(512)와 냉각부재(522)는 동일 소재로 이루어질 수 있다.The cooling member 522 is disposed in the solution A to recover the heat of the solution A and transfer the heat to the rear end heat transfer member 521 and is disposed at the front end of the rear end osmosis membrane 220. At this time, the cooling member 512 is preferably made of a porous material so that the solute and the solvent of the solution (A) can freely pass through the heating member 512. Here, the heating member 512 and the cooling member 522 may be made of the same material.

이처럼 구비되는 상기 저온부(520)은 도 2에 도시된 c 영역 용액의 열을 회수하여 상기 c영역과 d영역 사이의 온도 차이를 줄인다. 이때 상기 c영역과 상기 d영역 상에는 상기한 수학식에 의거하여 농도 차이에 따른 압력의 차이(

Figure 112016040039153-pat00002
)가 발생한다.The low-temperature portion 520 thus provided recovers the heat of the c-region solution shown in FIG. 2 to reduce the temperature difference between the c-region and the d-region. At this time, on the c region and the d region, the difference in pressure due to the concentration difference
Figure 112016040039153-pat00002
).

또한 상기 저온부(520)은 상기 b영역에 비하여 c영역 상의 온도 구배를 형성하기 위하여 구비되는 것으로서, 도면에는 도시하지 아니하였지만 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 삼투 펌프(10)는 상기 저온부(520)을 생략한 채로 상기 고온부(510)에 멀어짐으로 저절로 c영역의 용액의 온도가 저절로 떨어지도록 하여 온도 구배를 형성할 수 있다.The osmotic pump 10 according to another embodiment of the present invention includes the low temperature part 520 and the low temperature part 520. The low temperature part 520 is provided to form a temperature gradient on the c area as compared with the b area, The temperature of the solution in the region c spontaneously drops by itself as it moves away from the high temperature portion 510, thereby forming a temperature gradient.

이처럼 상기 용액(A) 내에 온도 구배가 형성됨에 따라, a영역과 상기 b영역 상의 농도와 온도 차이에 따른 압력의 차이(

Figure 112016040039153-pat00003
)는 상기 c영역과 상기 d영역 상의 농도 차이에 따른 압력의 차이(
Figure 112016040039153-pat00004
)보다 높게 형성된다.As the temperature gradient is formed in the solution (A), the difference in pressure due to the concentration and temperature difference between the a region and the b region
Figure 112016040039153-pat00003
) Is a difference in pressure due to a difference in concentration on the c region and the d region
Figure 112016040039153-pat00004
.

또한 a영역과 상기 b영역 상의 압력 차이(

Figure 112016040039153-pat00005
)가 상기 c영역과 상기 d영역 상의 압력 차이(
Figure 112016040039153-pat00006
)보다 높게 형성되면서, 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 유체의 특성에 따라 상기 용매(B)은 b 방향에서 c방향으로 유동하게 된다.Further, the pressure difference on the region a and the region b
Figure 112016040039153-pat00005
) Is the difference in pressure between the c region and the d region
Figure 112016040039153-pat00006
, The solvent B flows in the direction b from the direction b according to the characteristics of the fluid flowing from the high pressure to the low pressure.

이처럼 상기 유동로(101)의 용매(B)가 a영역에서 d영역으로 유동하면서, 상기 용매 유입부(300)내에 수용되어 있던 용매(B)가 상기 용매 배출부(400)로 이동한다. The solvent B contained in the solvent inflow part 300 moves to the solvent discharge part 400 while the solvent B of the flow path 101 flows from the area a to the area d.

이처럼 본 발명에 따른 삼투 펌프(10)는 용액(A)과 용매(B)의 농도 차이를 이용하여 삼투압을 형성하는 동시에 용액(A)의 구간별 온도 차이를 이용하여 삼투압의 세기를 높임으로써, 압력의 획득 효율을 높일 수 있다. 또한 상기 삼투 펌프(10)는 버려지는 폐열을 활용하여 구동력을 형성할 수 있으며 폐열을 효과적으로 회수할 수 있다.As described above, the osmotic pump 10 according to the present invention forms an osmotic pressure by using the difference in concentration between the solution A and the solvent B, and increases the osmotic pressure using the temperature difference of the solution A, It is possible to increase the pressure acquisition efficiency. In addition, the osmotic pump 10 can utilize the waste heat to form a driving force and effectively recover the waste heat.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전 시스템(20)은 상기 삼투 펌프(10)에서 획득된 고온의 압력을 이용하여 전기에너지를 생성하기 위한 장치이다.Meanwhile, the power generation system 20 according to another embodiment of the present invention is an apparatus for generating electric energy by using the high-temperature pressure obtained from the osmotic pump 10.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전 시스템(20)에 관하여 도 3을 참조하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a power generation system 20 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전시스템을 개략적으로 도시한 구조도이다. 여기서 도 1 내지 도 2에서 나타낸 참조번호와 동일한 참조번호는 동일한 구성 및 작용을 하는 동일부재이므로, 반복적인 설명을 생략하도록 한다.3 is a schematic view illustrating a power generation system according to another embodiment of the present invention. Here, the same reference numerals as those shown in Figs. 1 and 2 denote the same members having the same constitution and function, and therefore, a repetitive description thereof will be omitted.

도 3을 참조하면, 상기 발전 시스템(20)은 발전기(600)를 구비하여 상기 용매 배출부(400)의 고압의 용매(B)를 이용하여 전력을 생성한다. 이때 상기 발전기(600)는 상기 용매 배출부(400)와 연통하며, 상기 용매 배출부(400) 내에 수용된 용매(B)의 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환한다.Referring to FIG. 3, the power generation system 20 includes a generator 600 to generate electric power using the high-pressure solvent B of the solvent discharge unit 400. At this time, the generator 600 communicates with the solvent discharge part 400 and converts the mechanical energy of the solvent B contained in the solvent discharge part 400 into electrical energy.

이때 상기 발전기(600)는 상기 열원(S)에서 회수된 폐열의 열에너지를 곧바로 전기 에너지로 변환한 것보다 높은 에너지를 생성할 수 있으며, 본 발명에 따른 발전시스템(20)은 회수된 폐열을 재이용하여 보다 효과적으로 전기에너지를 생성해 낼 수 있다.At this time, the generator 600 can generate energy higher than that directly converted to electric energy by the heat energy of the waste heat recovered from the heat source S, and the power generation system 20 according to the present invention can reuse the recovered waste heat So that electric energy can be generated more effectively.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

S: 열원 A: 용액
B: 용매 C: 용질
10: 삼투 펌프 20: 발전 시스템
100: 몸체 101: 유동로
210: 전단 삼투막 220: 후단 삼투막
300: 용매 유입부 400: 용매 배출부
500: 온도 조절부 510: 고온부
511: 전단 열전도부재 512: 가열부재
520: 저온부 521: 후단 열전도부재
522: 냉각부재 600: 발전기S: heat source A: solution
B: Solvent C: Solute
10: osmotic pump 20: power generation system
100: Body 101:
210: shear osmosis membrane 220: rear sheath membrane
300: solvent inlet part 400: solvent outlet part
500: temperature control unit 510: high temperature unit
511: shear heat conduction member 512: heating member
520: low temperature part 521: rear end heat conduction member
522: cooling member 600: generator

Claims (7)

내부에 유동로가 형성된 몸체;
상기 몸체의 유동로 상에 이격 배치되고, 그 사이에 용매와 용질이 혼합된 용액이 수용된 전단 및 후단 삼투막;
상기 전단 삼투막의 전단부에 배치되고, 상기 용액보다 농도가 낮은 용매를 유입하는 용매 유입부;
상기 후단 삼투막의 후단부에 배치되고, 상기 후단 삼투막을 통과한 용매를 배출하는 용매 배출부; 및
상기 전단 삼투막에서 후단 삼투막 쪽으로 갈수록 상기 용액의 온도가 낮아지도록 상기 용액의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함하되,
상기 온도조절부는,
상기 후단 삼투막에 인접 배치되어 상기 용액으로부터 열을 회수하는 저온부를 포함하는 열적으로 구동하는 삼투 펌프.A body having a flow path formed therein;
A front end and a rear end osmosis membrane which are disposed on a flow path of the body and in which a solution mixed with a solvent and a solute is accommodated;
A solvent inflow portion disposed at a front end portion of the shear osmosis membrane, the solvent inflow portion having a lower concentration than the solution;
A solvent discharge part disposed at a rear end of the rear end osmosis membrane and discharging a solvent passed through the rear end osmosis membrane; And
And a temperature controller for controlling the temperature of the solution so that the temperature of the solution decreases from the shear osmosis membrane toward the downstream osmosis membrane,
The temperature controller may include:
And a low-temperature portion disposed adjacent to the downstream osmosis membrane to recover heat from the solution. 청구항 1에 있어서,
상기 온도조절부는,
상기 전단 삼투막에 인접 배치되어 상기 용액에 열을 가하는 고온부를 포함하는 열적으로 구동하는 삼투 펌프.The method according to claim 1,
The temperature controller may include:
And a high-temperature portion disposed adjacent to the shear osmosis membrane and applying heat to the solution. 청구항 2에 있어서,
상기 고온부는,
상기 전단 삼투막의 후단에 배치되어 상기 용액에 직접 열을 가하는 다공성 소재의 가열부재와,
상기 몸체 상에 설치되어 외부의 열원으로부터 열을 공급받아 상기 가열부재에 전달하는 전단 열전도부재를 구비하는 열적으로 구동하는 삼투 펌프.The method of claim 2,
The high-
A heating member of a porous material disposed at a rear end of the shear osmosis membrane to directly heat the solution,
And a front heat conduction member provided on the body for receiving heat from an external heat source and transmitting the heat to the heating member. 청구항 3에 있어서,
상기 외부의 열원은 각종 산업체로부터 방출되는 폐열을 회수하여 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 열적으로 구동하는 삼투 펌프.The method of claim 3,
Wherein the external heat source collects waste heat discharged from various industries to supply heat. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 저온부는,
상기 후단 삼투막의 전단에 배치되어 상기 용액의 열을 직접 회수하는 다공성 소재의 냉각부재와,
상기 냉각부재에서 회수된 열을 외부로 배출하도록 상기 몸체 상에 설치되는 후단 열전도부재를 포함하는 열적으로 구동하는 삼투 펌프.The method according to claim 1,
The low-
A cooling member disposed at a front end of the rear end osmosis membrane for directly recovering heat of the solution,
And a rear end heat conduction member provided on the body for discharging the heat recovered from the cooling member to the outside. 내부에 유동로가 형성된 몸체;
상기 몸체의 유동로 상에 이격 배치되고, 그 사이에 용매와 용질이 혼합된 용액이 수용된 전단 및 후단 삼투막;
상기 전단 삼투막의 전단부에 배치되고, 상기 용액보다 농도가 낮은 용매를 유입하는 용매 유입부;
상기 후단 삼투막의 후단부에 배치되고, 상기 후단 삼투막을 통과한 용매를 배출하는 용매 배출부;
상기 전단 삼투막에서 후단 삼투막 쪽으로 갈수록 상기 용액의 온도가 낮아지도록 상기 용액의 온도를 조절하는 온도조절부; 및
상기 용매 배출부를 통해 배출되는 용매의 에너지를 이용하여 전력을 생성하는 발전기를 포함하되,
상기 온도조절부는,
상기 후단 삼투막에 인접 배치되어 상기 용액으로부터 열을 회수하는 저온부를 포함하는 발전 시스템.A body having a flow path formed therein;
A front end and a rear end osmosis membrane which are disposed on a flow path of the body and in which a solution mixed with a solvent and a solute is accommodated;
A solvent inflow portion disposed at a front end portion of the shear osmosis membrane, the solvent inflow portion having a lower concentration than the solution;
A solvent discharge part disposed at a rear end of the rear end osmosis membrane and discharging a solvent passed through the rear end osmosis membrane;
A temperature controller for controlling the temperature of the solution so that the temperature of the solution decreases from the shear osmosis membrane toward the downstream osmosis membrane; And
And a generator for generating electric power by using the energy of the solvent discharged through the solvent discharge portion,
The temperature controller may include:
And a low-temperature portion disposed adjacent to the downstream osmosis membrane to recover heat from the solution.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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