KR101783032B1 - 태양광 증류수 제조 시스템 - Google Patents

태양광 증류수 제조 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101783032B1
KR101783032B1 KR1020160017594A KR20160017594A KR101783032B1 KR 101783032 B1 KR101783032 B1 KR 101783032B1 KR 1020160017594 A KR1020160017594 A KR 1020160017594A KR 20160017594 A KR20160017594 A KR 20160017594A KR 101783032 B1 KR101783032 B1 KR 101783032B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
distilled water
solar
raw water
module
lens
Prior art date
Application number
KR1020160017594A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170096337A (ko
Inventor
고광대
김태인
박명진
박태규
양재용
이정훈
Original Assignee
고광대
김태인
박명진
박태규
양재용
이정훈
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 고광대, 김태인, 박명진, 박태규, 양재용, 이정훈 filed Critical 고광대
Priority to KR1020160017594A priority Critical patent/KR101783032B1/ko
Publication of KR20170096337A publication Critical patent/KR20170096337A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101783032B1 publication Critical patent/KR101783032B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/041—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation by means of vapour compression
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/043—Details
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/18—Transportable devices to obtain potable water
    • F24J2/08—
    • F24J2/24—
    • F24J2/38—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • 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
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
    • Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/211—Solar-powered water purification
    • 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
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
    • Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • 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
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems
    • 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
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking
    • 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
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable 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
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S203/00—Distillation: processes, separatory
    • Y10S203/01—Solar still

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)

Abstract

태양광 증류수 제조 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템은, 원수를 저장하는 원수 저장조와, 상기 원수가 증발한 증발기체를 냉각수를 이용하여 냉각시키는 증기 응축기와, 상기 증기 응축기에서 상기 증발기체가 응축되어 생성된 증류수를 집수하는 증류수 저장조를 포함하는 증류수 제조 모듈; 및 태양광을 집광하는 렌즈와, 상기 렌즈를 지지하는 렌즈 받침대와, 상기 렌즈 받침대와 상기 렌즈를 각각 수직축 및 수평축을 중심으로 회전시켜 상기 렌즈의 방향을 2축 제어하는 제1 구동부 및 제2 구동부와, 태양의 위치에 상응하는 센싱값을 출력하는 태양광 센서와, 상기 센싱값에 따라 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부의 회전을 제어하는 모터 제어부를 포함하는 태양광 집광 모듈을 포함할 수 있다.

Description

태양광 증류수 제조 시스템{Solar distilled water producing system}
본 발명은 태양광 증류수 제조 시스템에 관한 것이다.
지구 표면의 3/4을 바다가 덮고 있고, 바닷물은 지구 물의 97.5%를 차지한다. 바닷물은 염화나트륨 등의 광물이 포함되어 있어 인간이 사용하기에 적합하지 않다. 인간이 사용할 수 있는 담수는 지구 물의 2.5%인데 그 중에서 68.7%는 극지방과 고산 지역에 있는 빙하와 만년설이다. 지하수, 토양의 수분 등을 제외하고 인간이 사용할 수 있는 하천과 담수호의 물은 0.3%에 불과하다. 지구 전체 물의 양으로 환산하면 지구 전체 물의 양에 0.0075%에 불과한 실정이다.
전 세계적으로 환경오염이나 무분별한 개발로 인한 물 부족 문제가 발생하고 있으며 이는 인류가 해결해야 할 가장 큰 문제로 인식되고 있다. 세계은행에서 발표한 미래에 대한 전망 자료에 따르면 "20세기의 자원 전쟁이 주로 '석유' 때문이었다면, 다음 세기는 대체할 수도, 재생할 수도 없는 '물'이 재앙의 씨앗이 될 것"이라고 했다.
물 부족을 해결하기 위한 방법으로 해수 담수화 혹은 오수 정수화 기술이 지속적으로 개발되고 있다. 해수 담수화는 생활용수나 공업용수로 직접 사용하기 힘든 해수로부터 염분을 포함하는 용해물질을 제거하여 음용수, 생활용수 혹은 공업용수 등을 얻어내는 일련의 수처리 과정을 말한다. 오수 정수화 역시 오염물질이 포함된 오수에서 오염물질을 제거하여 생활용수나 공업용수를 얻어내는 수처리 과정을 말한다.
특히 해수 담수화 방식으로는 열에너지를 이용하여 해수를 가열하고 발생한 증기를 응축시켜 담수를 얻는 증발법과 삼투현상을 역으로 이용하여 해수를 반투막을 통과시켜 담수를 생산하는 역삼투법이 있다.
태양광의 열에너지를 이용한 해수 담수화 기술의 경우 저에너지 및 친환경 기술로서 물 부족 현상을 해결하기 위한 중요 기술로서 부상되고 있다.
한국공개특허 10-2015-0050663호 (공개 2015년 5월 11일) - 태양에너지를 이용한 해수 담수화 시스템
본 발명은 태양광 추적 시스템을 적용하여 시간에 따라 변화하는 태양을 추적하여 집광시킴으로써 고효율로 원수를 가열하여 음용수, 생활용수 혹은 공업용수로 활용가능한 증류수 제조가 가능하게 하는 태양광 증류수 제조 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 선원과 같이 해상에 장기간 이동 혹은 체류를 해야 하는 사람들 혹은 야외에서 물이 필요한 사람들에게 간단한 조립을 통해 어떠한 상황이나 위치에서도 효율적으로 증류수를 제조할 수 있도록 하는 태양광 증류수 제조 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 야간이나 흐린 날과 같이 태양광을 이용할 수 없는 상황에서 시스템 전체 전원을 오프(OFF)시키고 일정량 이상의 빛이 감지될 경우에 시스템 전체 전원을 온(ON)시켜 발전을 시작함으로써 불필요한 에너지 소모를 방지하는 태양광 증류수 제조 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원수를 저장하는 원수 저장조와, 상기 원수가 증발한 증발기체를 냉각수를 이용하여 냉각시키는 증기 응축기와, 상기 증기 응축기에서 상기 증발기체가 응축되어 생성된 증류수를 집수하는 증류수 저장조를 포함하는 증류수 제조 모듈; 및 태양광을 집광하는 렌즈와, 상기 렌즈를 지지하는 렌즈 받침대와, 상기 렌즈 받침대와 상기 렌즈를 각각 수직축 및 수평축을 중심으로 회전시켜 상기 렌즈의 방향을 2축 제어하는 제1 구동부 및 제2 구동부와, 태양의 위치에 상응하는 센싱값을 출력하는 태양광 센서와, 상기 센싱값에 따라 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부의 회전을 제어하는 모터 제어부를 포함하는 태양광 집광 모듈을 포함하는 태양광 증류수 제조 시스템이 제공된다.
상기 태양광 집광 모듈의 높이를 조정하는 높이 조정부와; 상기 증류수 제조 모듈과 상기 태양광 집광 모듈 사이를 연결하는 판재 구조를 가지며, 상기 증류수 제조 모듈과 상기 태양광 집광 모듈 사이의 간격을 조정하고 상기 증류수 제조 모듈과 상기 태양광 집광 모듈 중 하나를 중심으로 회동 가능한 베이스를 더 포함하되, 상기 높이 조정부에 의해 조정되는 높이와 상기 베이스에 의해 조정되는 간격은 상기 제2 구동부의 회전량에 대응되고, 상기 베이스의 회동 각도는 상기 제1 구동부의 회전량에 대응될 수 있다.
상기 증기 응축기는, 응축기 몸체와; 상기 응축기 몸체의 하부에서 상기 원수 저장조와 연결되는 하부 연결부와; 상기 응축기 몸체 내에 배치되며, 상기 하부 연결부의 상부에서 연결되어 상기 증발기체가 상승하는 중심부 및 상기 중심부의 둘레를 둘러싸며 상기 중심부와는 상부에서 연통되는 주변부를 포함하는 기체 통로와; 상기 응축기 몸체의 내부에 냉각수를 유입 혹은 배출하는 냉각수 유출입구와; 상기 주변부의 하단에 연결되어 상기 증류수를 배출하는 증류수 출구를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 원수를 저장하는 원수 저장조와, 증류수를 저장하는 증류수 저장조와, 상기 원수 저장조와 상기 증류수 저장조 상부에 설치되되, 상기 증류수 저장조 측이 상기 원수 저장조 측보다 낮도록 일측 길이 방향으로 햐향 경사진 지붕부를 포함하는 증류수 제조 모듈; 및 관통홀 내에 상기 렌즈부가 설치되고, 상면에 상기 태양광 센서가 부착된 태양관판과, 상기 태양광판을 지지하면서 상부모터를 구동시켜 상기 태양광판을 지표면에 평행한 수평축을 중심으로 회전시키는 상부모터 장치와, 상기 상부모터 장치를 지지하면서 하부모터를 구동시켜 상기 상부모터 장치를 상기 지표면에 수직한 수직축을 중심으로 회전시키는 하부모터 장치와, 태양의 위치에 상응하는 센싱값을 출력하는 태양광 센서와, 상기 센싱값에 따라 상기 상부모터 장치 및 상기 하부모터 장치의 회전을 제어하는 모터 제어부를 포함하는 태양광 집광 모듈을 포함하는 태양광 증류수 제조 시스템이 제공된다.
상기 지붕부는 내부공간이 빈 몸체를 가지고, 상기 몸체의 하단에 원수가 유입되는 유입구가 마련되고, 상기 몸체의 상단에 상기 내부공간에서 상기 증발기체와 열교환을 통해 예열된 원수가 상기 원수 저장조 내에 낙하되도록 하는 유출구가 마련될 수 있다.
상기 태양광 집광 모듈의 높이를 조정하는 높이 조정부와; 상기 증류수 제조 모듈과 상기 태양광 집광 모듈 사이를 연결하는 판재 구조를 가지며, 상기 증류수 제조 모듈과 상기 태양광 집광 모듈 사이의 간격을 조정하고 상기 증류수 제조 모듈과 상기 태양광 집광 모듈 중 하나를 중심으로 회동 가능한 베이스를 더 포함하되, 상기 높이 조정부에 의해 조정되는 높이와 상기 베이스에 의해 조정되는 간격은 상기 상부모터의 회전량에 대응되고, 상기 베이스의 회동 각도는 상기 하부모터의 회전량에 대응될 수 있다.
상기 원수 저장조는 상기 원수의 수위에 상응하는 높이에 설치되는 집광바를 포함하되, 상기 집광바에는 상기 태양광 집광 모듈에 의한 집광점이 놓여질 수 있다.
상기 집광바의 측면에는 메쉬 구조의 금속망이 부착되어 있을 수 있다.
상기 증류수 제조 모듈은, 상기 태양광 집광 모듈의 작동이 불가능한 경우 활성화되어 AC 상용전원을 이용하여 상기 원수를 가열하는 액티브 히팅부를 더 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면, 태양광 추적 시스템을 적용하여 시간에 따라 변화하는 태양을 추적하여 집광시킴으로써 고효율로 원수를 가열하여 음용수, 생활용수 혹은 공업용수로 활용가능한 증류수 제조가 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 선원과 같이 해상에 장기간 이동 혹은 체류를 해야 하는 사람들 혹은 야외에서 물이 필요한 사람들에게 간단한 조립을 통해 어떠한 상황이나 위치에서도 효율적으로 증류수를 제조할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 야간이나 흐린 날과 같이 태양광을 이용할 수 없는 상황에서 시스템 전체 전원을 오프(OFF)시키고 일정량 이상의 빛이 감지될 경우에 시스템 전체 전원을 온(ON)시켜 발전을 시작함으로써 불필요한 에너지 소모를 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템의 블록도,
도 2 내지 도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템의 사시도, 정면도, 평면도 및 측면도,
도 6은 태양광 추적 집광부를 나타낸 도면,
도 7은 동력 전달 장치를 나타낸 도면,
도 8은 증기 응축기를 나타낸 도면,
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 센서의 회로도,
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 센서의 입체 사시도,
도 9c는 도 9b에 도시된 태양광 센서를 위에서 내려다 본 모습을 나타낸 도면,
도 9d는 도 9b의 BB선에 따른 단면도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 센서를 나타낸 도면,
도 11a는 도 10의 태양광 센서를 이용한 태양 추적 원리의 일 예시를 나타낸 도면,
도 11b는 도 10의 태양광 센서를 이용한 태양 추적 원리의 다른 예시를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 센서를 나타낸 도면,
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템의 사시도 및 정면도,
도 14a 및 도 14b는 태양광 집광 모듈의 조립도 및 분해도,
도 14c 및 도 14d는 태양광 집광 모듈의 부품들 상세도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템의 블록도이고, 도 2 내지 도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템의 사시도, 정면도, 평면도 및 측면도이고, 도 6은 태양광 추적 집광부를 나타낸 도면이며, 도 7은 동력 전달 장치를 나타낸 도면이고, 도 8은 증기 응축기를 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템(100)은 태양광 집광 모듈을 통해 시간 경과에 따라 변화하는 태양을 추적하면서 증류수 제조 모듈에서 최적의 집광이 이루어지도록 하고, 컨트롤 모듈에서 시스템의 전체 전원을 온/오프시키거나 태양광 집광 모듈을 선택적으로 온/오프시켜 어떤 상황에서나 태양광을 이용한 증류수 제조가 가능하게 하면서도 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템(100)은 증류수 제조 모듈(110)과 태양광 집광 모듈(120)을 포함한다. 추가적으로 컨트롤 모듈(130)을 더 포함할 수도 있다.
증류수 제조 모듈(110)은 내부(예컨대, 원수 저장조)에 수용된 원수에 태양광이 집광되어 가열됨으로써 증발이 이루어지게 하고, 증발기체를 응축시켜 별도의 저장공간(예컨대, 증류수 저장조)에 집수되도록 함으로써 증류수룰 제조한다.
증류수 제조 모듈(110)은 원수 저장조(111), 증기 응축기(115), 증류수 저장조(113)를 포함한다.
원수 저장조(111)는 해수 혹은 오수와 같이 음용수, 생활용수 혹은 공업용수로서는 활용이 어려운 물(이하 '원수'라 칭함)을 저장하는 공간이다.
원수 저장조(111)는 열을 잘 흡수하기 위한 재질(예컨대, 금속)로 이루어진 저장조 몸체를 포함할 수 있다. 도면에서는 원수 저장조(111)가 직육면체의 몸체를 가진 것으로 도시되었지만, 이는 일 실시예에 불과하며 원통형 등 다양한 형상의 몸체를 가질 수도 있음은 물론이다.
또한, 원수 저장조(111)의 내부에는 일 측면이 저장조 몸체의 전면에 노출된 집광바가 설치될 수 있다. 집광바는 후술할 태양광 집광 모듈(120)에 의해 집광된 태양에너지가 집중되는 포인트(point)로서 기능하며, 열전도율(thermal conductivity)이 높은 물질, 즉 열을 잘 흡수하는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 은, 구리, 금, 알루미늄 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
원수 저장조(111)의 몸체가 투명 재질로 이루어진 경우에는 후술할 태양광 집광 모듈(120)(특히, 렌즈(20))에 의해 태양광이 모이는 집광점은 집광바의 몸체 중 어느 한 지점일 수 있다. 원수 저장조(111)의 몸체가 불투명 재질인 경우에는 저장조 몸체의 전면에 노출된 집광바의 일 측면에 집광점이 놓여지도록 하여 원수 저장조(111) 내부의 원수로 태양에너지가 전달되도록 할 수 있다.
집광바에 태양에너지가 집중되면 높은 열전도율로 인해 내부의 원수에 대해 태양에너지에 의한 열을 고르게 전달할 수 있어 원수의 증발효율을 높일 수 있다.
집광바는 원수 저장조(111) 내에서 원수의 수위에 해당하는 높이로부터 소정 높이만큼 위치에 배치되도록 할 수 있다. 이 경우 집광바에 집중된 태양에너지가 원수 저장조(111)에 저장된 원수 중에서 표면 부분의 원수에 대해서 열을 전달하여 증발이 보다 잘 일어나도록 할 수 있다.
집광바의 측면에는 메쉬 구조의 금속망이 부착될 수도 있다. 이 경우 집광바로 집중된 태양에너지가 금속망을 통해 원수의 표면 부분에서 고르게 확산되어 전체 표면적에 대해서 증발이 잘 일어나도록 할 수 있다.
증류수 저장조(113)는 원수 저장조(111)에서 증발된 증발기체가 응축된 액체 상태의 증류수를 저장하는 공간이다.
증기 응축기(115)는 원수 저장조(111)와 증류수 저장조(113) 사이를 연결하는 구조물로서, 원수 저장조(111)에서 증발된 증발기체를 응축시켜 액체 상태의 증류수로 만든다.
증기 응축기(115)의 상세 구조는 도 8에 도시되어 있다. 원수 저장조(111)의 상부와 연통되는 하부 연결부(32)를 통해 상승하는 증발기체가 유입된다. 응축기 몸체(31) 내에는 증발기체가 통과하는 기체 통로(33)가 마련되어 있다. 기체 통로(33)는 하부 연결부(32)와 연통되는 중심부(34)와, 중심부(34) 둘레를 둘러싸고 있는 주변부(35)로 이루어진다. 중심부(34)와 주변부(35)는 상부에서 서로 연통되며, 중심부(34)에서는 증발기체가 상승하고 주변부(35)에서는 증발기체가 하부로 하강하게 된다.
응축기 몸체(31)의 측면 하부에는 응축기 몸체(31) 내부로 냉각수를 유입시키거나 가열된 냉각수를 배출하는 냉각수 유출입구(36)가 설치된다. 응축기 몸체(31) 내에 유입된 냉각수는 주변부(35) 내에 고르게 퍼진 증발기체의 열을 빼앗게 되고, 응축된 증발기체는 액화되어 주변부(35)의 하단에 설치된 증류수 출구(37)를 따라 외부로 배출된다. 증류수 출구(37)는 증류수 저장조(113)에 연결된 호스를 따라 증류수를 흘려 보내게 된다. 여기서, 주변부(35)는 냉각수와의 접촉 면적을 넓히기 위해 나선형 표면을 가질 수 있다.
본 실시예에서 원수 저장조(111)와 증류수 저장조(113)에는 각각 수위센서(117)가 설치될 수 있다. 수위센서(117)는 각 저장조의 측벽에 부착될 수 있으며, 저장조 내에 수용된 원수 및 증류수의 수위를 센싱한다.
원수 저장조(111)에 설치된 수위센서(117)에서의 센싱 결과 태양에너지에 의한 증발에 의해 원수의 수위가 일정 높이 이하가 되는 경우(예를 들어, 집광바의 높이보다 낮아진 경우)에는 컨트롤 모듈(130)에서 밸브를 제어하여 별도 외부 저장탱크(미도시)에 저장되어 있는 원수가 추가적으로 공급되도록 하여 증류수 제조가 단절 없이 연속적으로 이루어지도록 할 수 있다.
증류수 저장조(113)에 설치된 수위센서(117)에서의 센싱 결과 증류수의 수위가 일정 높이 이상이 되는 경우에는 컨트롤 모듈(130)에서 미리 등록된 사용자 단말(미도시)로 알림 메시지를 전송하거나 시청각적으로 알람을 출력하여 사용자에게 증류수의 제조가 완료되었음을 알려줄 수 있다. 또한, 태양에너지를 활용하여 제조된 증류수가 증류수 저장조(113)의 부피를 넘어서서 흘러 넘치는 것을 방지할 수도 있다.
전술한 것과 같은 증류수 제조 모듈(110)에 대해서 태양광을 추적하면서 태양광을 집광하여 증류수 제조 모듈(특히, 원수 저장조(111))로 제공하는 태양광 집광 모듈(120)은 태양광 추적 집광부(121), 태양광 센서(123), 모터 제어부(125), 높이 조정부(127), 베이스(129)를 포함한다.
태양광 추적 집광부(121)는 렌즈(20), 렌즈 받침대(10), 제1 구동부(12), 제2 구동부(14)를 포함한다.
렌즈(20)는 빛을 모으는 작용을 하는 집광렌즈로서, 프리넬렌즈(f1300*1000)일 수 있다. 렌즈(20)를 통과한 태양광은 후면의 초점에 모이게 된다. 렌즈(20)의 초점은 전술한 원수 저장조(111)(집광바가 있는 경우에는 집광바)에 맺히도록 설정될 수 있다.
렌즈 받침대(10)는 렌즈(20)를 받치는 프레임이다. 렌즈 받침대(10)는 하부에 놓여지는 수평 바와, 수평 바의 양측에 상방으로 수직하게 설치된 복수의 수직 바를 포함한다.
수평 바의 중심에는 베이스(129)에 몸체가 고정 설치된 제1 구동부(12)의 샤프트가 결합된다. 따라서, 제1 구동부(12)의 구동에 의해 수평 바가 수직축(A1)을 중심으로 시계 혹은 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 여기서, 제1 구동부(12)는 모터일 수 있다. 제1 구동부(12)의 구동에 의해 결과적으로 렌즈(20)가 수직 중심선을 중심축으로 하여 회전하게 되어 렌즈(20)의 선회각이 조정된다.
렌즈(20)의 수평 중심선과 만나는 수직 바의 상부에서 수직 바와 렌즈(20)는 제2 구동부(14)에 의해 결합된다. 즉, 렌즈(20)는 수직 바에 대해 수평 중심선(A2)을 중심축으로 하여 정방향 혹은 역방향으로 회전할 수 있다. 여기서, 제2 구동부(14)는 모터일 수 있다. 제2 구동부(14)의 구동에 의해 결과적으로 렌즈(20)가 수평 중심선을 중심축으로 하여 회전하게 되어 렌즈(20)의 경사각이 조정된다.
제1 구동부(12)의 구동과 제2 구동부(14)의 구동이 조합된 2축 구동에 의해 렌즈(20)는 3차원 공간 상에서 어느 방향이라도 바라볼 수 있게 되어, 태양 추적이 가능하게 된다.
이를 위해 태양광 집광 모듈(120)은 태양광 센서(123) 및 모터 제어부(125)를 포함할 수 있다. 태양광 센서(123)를 통해 측정된 데이터에 기초하여 모터 제어부(125)가 제1 구동부(12) 및 제2 구동부(14)의 회전각도 및 회전방향을 제어하여 렌즈(20)가 항상 태양을 향하는 방향으로 놓여지게, 즉 렌즈(20)가 태양광에 대해 수직하게 놓여지도록 할 수 있다.
태양광에 대해 렌즈(20)가 수직하게 놓여질 경우, 렌즈(20)에 대해 태양광이 수직하게 입사하게 되어 집광 효율을 극대화될 수 있다. 따라서, 주간에는 태양광 센서(123)를 통해 태양의 위치를 추적하여 렌즈(20)가 태양을 향하는 방향으로 놓여지도록 할 필요가 있다. 태양광 센서(123)에 대해서는 추후 상세히 설명하기로 한다.
모터 제어부(125)에 의해 렌즈(20)가 태양을 향하는 방향으로 놓여지도록 2축 제어된 경우, 경사각 및 선회각이 변화하여 렌즈(20)를 통해 집광되는 태양광의 초점 위치가 변화할 수 있다.
이 경우 태양광의 초점 위치가 원수 저장조(111)의 몸체(집광바가 있는 경우에는 집광바) 상에 놓여지도록 하기 위해, 태양광 집광 모듈(120)은 높이 조정부(127)와 베이스(129)를 더 포함할 수 있다.
높이 조정부(127)는 렌즈(20)의 높이를 조정하는 부분으로, 예를 들어 수직 바 혹은 제1 구동부(12)가 높이 조정부(127)로서 기능할 수 있다. 높이 조정부(127)는 유압 실린더에 의해 그 길이가 가변되는 구조(예를 들어, 텔레스코픽 구조)를 가질 수 있다.
베이스(129)는 태양광 집광 모듈(120)과 증류수 제조 모듈(110) 사이를 연결하는 플레이트로서, 증류수 제조 모듈(110)과 태양광 집광 모듈(120) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 이를 위해 베이스(129)는 리니어 바와 같은 구조를 가지고 있어, 증류수 제조 모듈(110) 혹은 태양광 집광 모듈(120)이 베이스(129) 상에서 수평 방향으로 리니어하게 이동되게 할 수 있다.
높이 조정부(127)에 의해 조정되는 높이와 베이스(129)에 의해 조정되는 간격은 태양광 집광 모듈(120)에서 태양을 추적하는 과정 중에 렌즈(20)의 경사각에 대응하게 된다. 렌즈(20)의 경사각에 따라 렌즈(20)의 초점 위치가 변경되게 되고, 이러한 초점 위치가 원수 저장조(111)의 몸체 상에 놓여지도록 하기 위해 높이 조정부(127) 및 베이스(129)가 각각 높이 및 간격을 조정할 수 있다.
또한, 베이스(129)는 증류수 제조 모듈(110) 혹은 태양광 집광 모듈(120)을 중심으로 회전 가능한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 태양광 집광 모듈(120)이 증류수 제조 모듈(110)을 중심으로 회전하도록 할 수 있다.
베이스(129)에 의한 회전각도는 태양광 집광 모듈(120)에서 태양을 추적하는 과정 중에 렌즈(20)가 선회한 각도에 대응하게 된다. 이를 통해 증류수 제조 모듈(110)이 태양과 렌즈(20)의 연장선 산에 놓여지도록 할 수 있다.
이하에서는 이러한 태양 추적이 이루어질 수 있도록 태양의 위치를 파악하기 위한 태양광 센서에 대해 설명하기로 한다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 센서의 회로도이다.
도 9a를 참조하면, 태양광 센서는 전원(Vcc)와 그라운드(GND) 사이에 4개의 CDS 센서(150a~150d, 이하 '150'이라 통칭할 수 있음)가 병렬 연결되어 있다. 각 CDS 센서(150a~150d)에는 저항(160a~160d)이 직렬 연결되어 있다.
CDS 센서(150)는 자체적으로 빛의 수광량에 따라 빛에 세면 자체 저항이 작아지고, 빛이 약하면 자체 저항이 커지는 성질을 가지고 있다. 이를 이용하면, 빛이 많이 감지될 경우 CDS 센서(150)의 저항이 작아지고 그에 따른 전압 강하도 작아지게 된다. 그에 따라 전압측정점(도 9a의 A, B, C, D)에서의 전압측정값을 비교함으로써 각 CDS 센서(150)의 빛 수광량을 파악할 수 있게 된다.
모터 제어부(125)는 이러한 전압측정점의 전압측정값에 기초하여 제1 구동부(12)와 제2 구동부(14)를 제어하게 된다. 즉, 이 전압을 비교 측정하여 예를 들면 ATmega128의 ADC 입력포트로 전달하도록 하여, 4bit 정보로 변환하여 DC모터에 의해 제어되는 렌즈(20)의 선회각(제1 구동부(12)에 의해 회전하는 각도) 및 경사각(제2 구동부(14)에 의해 회전하는 각도)을 제어할 수 있게 된다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 센서의 입체 사시도이고, 도 9c는 도 9b에 도시된 태양광 센서를 위에서 내려다 본 모습을 나타낸 도면이며, 도 9d는 도 9b의 BB선에 따른 단면도이다.
도 9b 내지 도 9d를 참조하면, 렌즈(20), 센서 가림부(200), CDS 센서(150n, 150s, 150w, 150e)가 도시되어 있다. 여기서, 4개의 CDS 센서(150n, 150s, 150w, 150e)는 각각 북, 남, 서, 동으로 배치되며, 도 9a에 도시된 4개의 CDS 센서(150a, 150b, 150c, 150d)에 각각 대응되는 것으로 가정한다.
센서 가림부(200)는 단면이 십(十)자 모양을 가지는 소정 높이의 구조물로서, 십자 구조물에 의해 구분되는 4개의 사이 공간에는 CDS 센서(150n, 150s, 150w, 150e)가 각각 배치된다.
태양의 위치에 따라 센서 가림부(200)의 사이 공간에는 그림자가 만들어질 수 있다. 도 9d에 도시된 것처럼 태양광이 비칠 경우 센서 가림부(200)에 의해 좌측에 위치하는 CDS 센서 W(150w)(도 9a의 150c에 대응)에 그림자가 만들어지면 저항이 증가하여, 우측에 위치하는 CDS 센서 E(150e)(도 9a의 150d에 대응)보다 저항값이 커진다. 따라서, 도 9a에서 C점의 전압이 D점의 전압보다 높게 된다. 이 전압차의 신호로 제1 구동부(12)를 제어하여 수직축(A1) 상에서 밝은 쪽으로, 즉 CDS 센서의 전압강하가 작은 쪽으로 회전하여 C 점과 D 점의 전압이 동일할 때까지 선회각을 제어한다.
같은 원리로 도 9c에서 CDS 센서 N(150n)(도 9a의 150b에 대응)과 S(150s)(도 9a의 150d에 대응)를 보면, 십(十)자 형태의 센서 가림부(200)에 의해 그림자가 발생하면, CDS 센서 N(150n)과 S(150s)의 자체저항값이 변하고, 그에 따른 전압강하(도 9a에서 A, B 지점)량의 차이가 발생한다. 이 두 지점의 전압차를 측정하여 제2 구동부(14)를 제어하여 수평축(A2) 상으로 회전하여 A 점과 B 점의 전압이 동일할 때까지 경사각을 제어한다.
CDS 센서에 의한 전압강하가 동일하여 4개 지점의 출력전압값이 미리 설정된 오차 범위 내에서 모두 같다면 CDS 센서의 태양광 수광량이 같다는 것이며, 이는 센서의 중앙면이 항상 태양을 향하고 있다는 것이다.
회로시험기의 (+)적색은 측정점(A, B, C, D)에, (-)흑색은 COM에 결선하여 DC전압을 측정하여 점검한다.
즉 CDS 센서 E와 W에 의해 제1 구동부(12)가 A1축 상으로 회전하여 동에서 서로 선회하면서 태양광을 추적하고, CDS 센서 N과 S에 의해서 제2 구동부(14)가 A2축 상에서 회전하여 렌즈(20)를 위 아래로 움직여 경사각을 제어한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 센서를 나타낸 도면이고, 도 11a는 도 10의 태양광 센서를 이용한 태양 추적 원리의 일 예시를 나타낸 도면이며, 도 11b는 도 10의 태양광 센서를 이용한 태양 추적 원리의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 태양광 센서(323)는 4개의 CDS 센서(250a~250d)가 십(十)자 모양으로 배열된 구조를 가지고 있을 수 있다.
이 경우 빛이 많이 들어오는 쪽의 센서에서 자유전자가 많이 들뜨게 되어 저항값이 낮아지게 되는 원리를 이용하여 위치에 따른 CDS 센서(250a~250d)의 저항값을 검출한다. 그 후, 가장 저항값이 낮은 위치를 가장 빛이 많이 들어오는 쪽으로 판단하고 2축 구조의 DC 모터(제1 구동부(12)와 제2 구동부(14))를 구동시켜 렌즈(20)가 최적의 방향을 향하도록 할 수 있다.
만약 태양(1)이 도 10에 도시된 것과 같이 위치하고 있는 경우, 4개의 CDS 센서(250a~250d)의 저항값은 다음과 같은 관계를 가지게 된다.
Ra < Rb < Rd < Rc
이 경우 태양 위치를 추적하는 알고리즘의 일 예시에 대하여 도 11a를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
수평축(A2')을 중심으로 구분되는 영역 중 동일 영역 내에 위치하는 이웃하는 두 CDS 센서(250a와 250b, 250c와 250d)의 저항값을 비교하고, 오차범위 이상의 차이가 나는 경우 제1 구동부(12)를 구동시켜 렌즈(20)를 수평 회전시킴으로써 이웃하는 두 CDS 센서(250a와 250b, 250c와 250d)의 저항값 차이가 오차범위 이내에 들어오게 한다. 즉, 실질적으로 Ra = Rb, Rc = Rd가 되게 한다. 도 11a와 같이 도면을 바라볼 때 시계 방향으로 회전시킴으로써 태양(1)의 위치가 서로 이웃하는 두 CDS 센서(250a와 250b, 250c와 250d) 사이에 놓이도록 할 수 있다(① 참조).
이 경우 태양(1)에 근접한 CDS 센서(250a와 250b) 및 태양(1)에서 떨어져 있는 CDS 센서(250c와 250d) 사이의 저항값은 다음과 같은 관계를 가지게 된다.
Ra (= Rb) < Rc (= Rd)
따라서, 수평축(A2')을 중심으로 낮은 저항값을 가지는 CDS 센서(250a)가 위치한 부분이 낮게 위치하도록 제2 구동부(14)를 구동시켜 렌즈(20)를 회전시킴(② 참조)으로써 태양(1)에 근접하였던 CDS 센서(250a와 250b)는 다소 멀어지고 태양(1)에서 멀리 떨어져 있었던 CDS 센서(250c와 250d)는 가까워짐으로써 Ra = Rb = Rc = Rd의 관계를 만족하게 되어 렌즈(20)가 태양광에 대해 수직하게 놓여지도록 할 수 있게 된다.
태양 위치를 추적하는 알고리즘의 다른 예시에 대하여 도 11b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
이 경우에는 수평축(A2'') 상에 놓여진 두 CDS 센서(250b와 250d)의 저항값을 비교하고, 오차범위 이상의 차이가 나는 경우 제1 구동부(12)를 구동시켜 렌즈(20)를 수평 회전시킴으로써 서로 마주보는 두 CDS 센서(250b와 250d)의 저항값 차이가 오차범위 이내에 들어오게 한다. 즉, 실질적으로 Rb = Rd가 되게 한다. 도 11b와 같이 도면을 바라볼 때 반시계 방향으로 회전시킴으로써 태양(1)의 위치가 수평축(A2'')에 직교하게 놓여진 두 CDS 센서(250a와 250d)의 연장선 상에 놓이도록 할 수 있다(③ 참조).
이 경우 수평축(A2'')에 수직한 두 CDS 센서(250a와 250d)의 저항값은 Ra < Rd 와 같은 관계를 가진다. Ra가 작으므로 태양이 CDS 센서(250a) 쪽에 있는 것으로 판단할 수 있다.
따라서, 수평축(A2'')을 중심으로 낮은 저항값을 가지는 CDS 센서(250a)가 위치한 부분이 낮게 위치하도록 제2 구동부(14)를 구동시켜 렌즈(20)를 회전시킴(④ 참조)으로써 태양(1)에 근접한 CDS 센서(250a)는 다소 멀어지고 태양(1)에서 멀리 떨어져 있던 CDS 센서(250d)는 가까워지게 함으로써 Ra = Rd의 관계를 만족하도록 함으로써 렌즈(20)가 태양광에 대하여 수직하게 놓여지도록 할 수 있게 된다.
도 10 내지 도 11b에서는 CDS 센서(250a~250d)가 길이가 긴 막대 형상을 가진 것으로 도시되어 있지만, 이는 일 실시예에 불과하며, 렌즈(20)의 중심에서 동일 간격만큼 이격되면서 90도 간격을 가지도록 배치된다면 서로 동일한 다양한 형상을 가질 수도 있을 것이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 센서를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 태양광 센서(323)는 렌즈(20)의 상부면에 원형으로 CDS 센서(260)가 배열되고, 원형의 중심에 센싱용 바(270)가 렌즈(20)에 대하여 수직으로 설치된다.
센싱용 바(270)는 태양(1)의 위치에 따라 그림자(275)를 만들게 되며, 센싱용 바(270)의 그림자(275)는 태양(1)의 위치와는 반대에 형성되게 된다.
이러한 그림자 생성 원리를 이용하여, CDS 센서(260)의 측정값에 따라 그림자(275)의 위치를 파악하고 그림자(275)에 직교하게 수평축(A2''')이 놓이도록 제1 구동부(12)를 구동시켜 렌즈(20)를 수평 회전시킨다. 그 후, 제2 구동부(14)를 구동시켜 수평축(A2''')을 따라 렌즈(20)가 회전하여 그림자(275)가 작아지게 함으로써 렌즈(20)가 태양(1)을 바라보는 방향으로 놓여지게 할 수 있다.
본 실시예에 따른 시스템 상에서 렌즈(20)가 360 도(˚) 이상을 선회하거나 회전하게 되면 선(신호선, 전원선, 발전선 등등)이 얽히게 되며, 기기에 무리가 올 수 있다. 따라서, 렌즈(20)에 대해 수직축(A1) 회전각은 최대 0 ∼270 도(˚), 수평축(A2) 회전각은 0∼90 도(˚)로 설정할 필요가 있으며, 이 범위 안에서 움직이도록 제한하기 위해 리미트 스위치(126)와 푸시 스위치(128)가 사용된다.
리미트 스위치(126)는 렌즈(20)의 경사각을 제한하기 위해 제2 구동부(14) 주변에 소정 각도만큼 이격 설치된 걸림턱의 동작을 제어하여, 일정 경사각을 넘어서는 경우 렌즈(20)가 걸림턱에 걸리도록 하여 더 이상 회전하지 못하도록 한다.
푸시 스위치(128)는 렌즈(20)의 수평회전을 제한하기 위해 제1 구동부(12) 주변에 소정 각도만큼 이격 설치된 걸림턱의 동작을 제어하여, 수직축(A1) 상의 제1 구동부(12)의 회전량을 제한할 수 있다.
또는 슬립링을 이용함으로써 360 도(˚) 회전이 가능하면서도 신호 및 전원 공급이 가능하도록 할 수도 있다.
본 실시예에서 전원부(미도시)는 태양광 추적 집광부(121)의 각 구성요소가 동작할 수 있도록 하는 전원을 공급한다.
전원부의 동작은 컨트롤 모듈(130)에 의해 제어될 수 있다.
컨트롤 모듈(130)는 광량센서(131)를 포함하고 있어, 태양광의 광량을 직접적으로 측정한다. 전원 제어부(133)는 측정된 태양광의 광량이 미리 설정된 임계치 미만인 경우 증류수 제조를 위한 열에너지 공급이 원활하지 못할 것으로 판단하고, 태양광 집광 모듈(120)의 전원을 오프시키도록 전원부(미도시)를 제어할 수 있다.
전원부에서 태양광 집광 모듈(120)의 전원을 오프시킴으로써 전력 소모를 최소화시킬 수 있다. 전원단에서 끊어지는 것이므로, 전원이 오프된 태양광 집광 모듈(120)에서의 대기전력은 0(zero)가 된다.
이후 광량이 임계치 이상이 되어 태양광 집광이 원활하게 이루어질 수 있는 것으로 판단될 경우 다시 발전이 진행되도록 전원부를 제어하여 태양광 집광 모듈(120)의 전원을 온 시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 증류수 제조 모듈(110)은 액티브 히팅부(119)를 더 포함할 수 있다. 액티브 히팅부(119)는 태양광 집광 모듈(120)에 의한 태양광 집광이 불가능하거나 원활하지 않을 때 전원 제어부(133)에 의해 선택적으로 활성화되어 증류수 제조가 이루어지도록 할 수 있다.
액티브 히팅부(119)는 AC 상용전원에 의해 작동하여 원수 저장조(111)에 열을 공급하는 전기 히터와, 전기 히터의 작동을 제어하는 스위치 제어부(SSR 제어부)를 포함할 수 있다. 밤이 되거나 날이 너무 흐린 날 등과 같이 태양광을 이용한 증류수 제조가 불가능한 상황에서는, AC 상용전원을 사용하여 원수를 가열함으로써 증류수가 제조되도록 할 수도 있다.
본 실시예에서 컨트롤 모듈(130)은 통합 제어 보드로서, 기존의 ATmega128보드, DC모터 구동드라이버, 광량센서입력장치, 수위센서입력장치, 밸브제어 장치, 스위치 장치, SSR제어장치 등을 하나의 보드로 통합하며, Serial LCD를 이용하여 모니터링을 한글화한 보드일 수 있다.
컨트롤 모듈(130)의 경우 입력 전압과 입력 전류는 12V 3A 이상일 수 있다.
컨트롤 모듈(130)에서 제어 구동하는 DC 모터는 다음과 같다. 최대 12V 3A의 DC 모터 2개(제1 구동부(12) 및 제2 구동부(14))와 밸브 제어용 1개이다. 2개의 DC 모터는 PWM 제어하며, 밸브는 ON/OFF 제어할 수 있다. 2개의 DC 모터의 기동전류와 밸브 제어전류를 충분히 감당할 정도의 용량이 요구되며, 2개의 DC 모터와 밸브는 ATmega128 마이크로프로세서를 활용하여 제어할 수 있다. 회로의 안전이 보장될 필요가 있다. 또한, 시리얼 그래픽 LCD와 통합보드(ATmega128) 간은 UART통신을 통한 데이터의 교환을 한다.
본 실시예에서 출력 포트장치로는 LCD 모니터링 시스템, 모터 구동드라이버(모터 2대 및 DC 12V 밸브제어)가 있고, 입력 포트장치로는 CDS광량센서 4개 감지, 수위센서 2개 감지, 점검용 스위치 복수 개가 있을 수 있다.
컨트롤 모듈(130)은 외부전원인 12V 차량용 배터리 또는 DC 12V 3A출력 SMPS 전원으로 동작할 수 있다. 출력 전원은 직류 5V-2개소, 12V-2개소 출력 단자를 마련할 수 있다.
그리고, PWM 모터제어컨트롤러(DC 모터 2개용(각 최대 3A/평소 1A이하)), ADC(4채널(네가지 방향 조도 CDS 센서 체크용)), ADC(2채널(수위 센서)), 보조 전원(비상용 차량용 베터리 장착가능(12V 50AH))가 포함될 수 있다.
기본적으로 외부 SMPS를 사용하며, Active Heating부 사용시 추가로 상용전원인 AC220V도 꽂아 사용할 수 있다.
UART 통신을 통해 시리얼 그래픽 LCD를 사용하여 외부에서 상황모니터링을 할 수 있게 한다.
컨트롤 모듈(130)에서는 안전한 회로보장이 되어야 하며, 뒷면의 경우 합선을 방지하기 위해 보강판을 씌울 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 슬립링을 채용하여, 신호선들과 전원이 360도 계속된 회전에도 동작이 끊임이 없도록 한다.
다음으로는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템에 대하여 관련 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템의 사시도 및 정면도이고, 도 14a 및 도 14b는 태양광 집광 모듈의 조립도 및 분해도이고, 도 14c 및 도 14d는 태양광 집광 모듈의 부품들 상세도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템은 도 1에 도시된 태양광 증류수 제조 시스템(100)과 동일한 시스템 구성을 가진다. 다만, 이하에서는 두 실시예 간의 구분을 위해 각 구성요소의 참조번호를 달리 표현하여 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템 역시 태양광 집광 모듈을 통해 시간 경과에 따라 변화하는 태양을 추적하면서 증류수 제조 모듈에서 최적의 집광이 이루어지도록 하고, 컨트롤 모듈에서 시스템의 전체 전원을 온/오프시키거나 태양광 집광 모듈을 선택적으로 온/오프시켜 어떤 상황에서나 태양광을 이용한 증류수 제조가 가능하게 하면서도 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 태양광 증류수 제조 시스템은 증류수 제조 모듈(310)과 태양광 집광 모듈(320)을 포함한다. 추가적으로 컨트롤 모듈을 더 포함할 수도 있다.
증류수 제조 모듈(310)은 원수에 태양광이 집광되어 가열됨으로써 증발이 이루어지게 하고, 증발기체가 지붕부에서 냉각되어 응축된 이후 별도의 저장공간(증류수 저장조)에 집수되도록 함으로써 증류수를 제조한다.
증류수 제조 모듈(310)은 원수 저장조(311), 증류수 저장조(313), 증기 응축기에 해당하는 지붕부(315)를 포함한다.
원수 저장조(311)는 원수를 저장하는 공간이다.
원수 저장조(311) 내부에는 일 측면이 저장조 몸체의 전면에 노출된 집광바(312)가 설치될 수 있다. 집광바(312)는 후술할 태양광 집광 모듈(320)에 의해 집광된 태양에너지가 집중되는 포인트로서, 열전도율이 높은 물질, 즉 열을 잘 흡수하는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 은, 구리, 금, 알루미늄 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
원수 저장조(311)의 몸체가 투명 재질로 이루어진 경우에는 후술할 태양광 집광 모듈(320)(특히, 렌즈부(412))에 의한 집광점이 집광바(312)의 몸체 중 어느 한 지점이면 충분하다. 원수 저장조(311)의 몸체가 불투명 재질인 경우에는 저장조 몸체의 전면에 노출된 집광바(312)의 일 측면에 집광점이 놓여지도록 하여 원수 저장조(311) 내부의 원수로 태양에너지가 전달되도록 할 수 있다.
집광바(312)에 태양에너지가 집중되면 높은 열전도율로 인해 내부의 원수에 대해 태양에너지에 의한 열을 고르게 전달할 수 있어 원수의 증발효율을 높일 수 있다.
집광바(312)는 원수 저장조(311) 내에서 원수의 수위에 해당하는 높이로부터 소정 높이만큼 낮은 위치에 배치되도록 할 수 있다. 이 경우 집광바(312)에 집중된 태양에너지가 원수 저장조(311)에 저장된 원수 중에서 표면 부분의 원수에 대해서 열을 전달하여 증발이 보다 잘 일어나도록 할 수 있다.
집광바(312)의 측면에는 메쉬 구조의 금속망이 부착될 수도 있다. 이 경우 집광바(312)로 집중된 태양에너지가 금속망을 통해 원수의 표면 부분에서 고르게 확산되어 전체 표면적에 대해서 증발이 잘 일어나도록 할 수 있다.
증류수 저장조(313)는 원수 저장조(311)에서 증발된 증발기체가 응축된 액체 상태의 증류수를 저장하는 공간이다.
본 실시예에서 원수 저장조(311)와 증류수 저장조(313)는 서로 이웃하도록 배치될 수 있다.
지붕부(315)는 원수 저장조(311)와 증류수 저장조(313)의 상부를 덮는 구조물로서, 일측 길이 방향으로 하향 경사지게 형성된다. 이 경우 원수 저장조(311) 쪽이 높고 증류수 저장조(313) 쪽이 낮은 경사(도 13b에서는 우측이 높고 좌측이 낮음)를 가져 원수 저장조(311)에서 증발된 증발기체가 지붕부(315)의 하면과 만나 응축되어 액체 상태의 증류수가 되면 경사를 따라 하향하도록 안내하여 증류수 저장조(313) 내부로 낙하할 수 있도록 한다.
여기서, 지붕부(315)의 하면은 증류수의 친수성을 높이기 위해 친수 코팅처리될 수 있다.
원수 저장조(311)와 증류수 저장조(313)에는 각각 수위센서가 설치될 수 있다. 수위센서는 각 저장조의 측벽에 부착될 수 있으며, 저장조 내에 수용된 원수 및 증류수의 수위를 센싱한다.
원수 저장조(311)에 설치된 수위센서에서의 센싱 결과 태양에너지에 의한 증발에 의해 원수의 수위가 일정 높이 이하가 되는 경우(예를 들어, 집광바(312)의 높이보다 낮아진 경우)에는 컨트롤 모듈에서 밸브를 제어하여 별도 외부 저장 탱크(미도시)에 저장되어 있는 원수가 추가적으로 공급되도록 하여 증류수 제조가 단절 없이 연속적으로 이루어지도록 할 수 있다.
증류수 저장조(313)에 설치된 수위센서에서의 센싱 결과 증류수의 수위가 일정 높이 이상이 되는 경우에는 컨트롤 모듈에서 미리 등록된 사용자 단말(미도시)로 알림 메시지를 전송하거나 시청각적으로 알람을 출력하여 사용자에게 증류수의 제조가 완료되었음을 알려줄 수 있다. 또한, 태양에너지를 활용하여 제조된 증류수가 증류수 저장조(313)의 부피를 넘어서서 흘러 넘치는 것을 방지할 수도 있다.
본 실시예에서 외부 저장 탱크에서 원수 저장조(311)로 원수를 공급하는 경우, 지붕부(315)를 통해 원수가 공급되도록 할 수 있다.
지붕부(315)는 내부가 빈 몸체를 포함하며, 유입구(316)를 통해 외부 저장 탱크에서 원수가 공급되고 유출구(317)를 통해 내부의 원수가 원수 저장조(311)에 공급되도록 할 수 있다. 여기서, 유입구(316)는 지붕부(315)의 하단에 마련되고 유출구(317)는 지붕부(315)의 상단에 마련될 수 있다.
유입구(316)를 통해 지붕부(315)의 내부공간으로 유입된 원수는 원수 저장조(311)에서 증발된 증발기체가 응축될 때 발생하는 열을 흡수하여 증발기체의 응축이 잘 일어나도록 할 수 있다. 또한, 지붕부(315) 내부의 원수 역시 열 흡수에 의해 예열될 수 있고, 지붕부(315) 내부에서는 대류 현상에 의해 상대적으로 높은 온도의 원수가 상부에 위치하게 되어, 높은 온도의 원수가 유출구(317)를 통해 원수 저장조(311)에 공급될 수 있다. 예열된 원수가 원수 저장조(311)에 공급되므로, 상대적으로 낮은 태양에너지에 의해서도 증발이 잘 일어날 수 있게 된다.
전술한 것과 같은 증류수 제조 모듈(310)에 대해서 태양광을 추적하면서 태양광을 집광하여 증류수 제조 모듈(310)(특히, 원수 저장조(311))로 제공하는 태양광 집광 모듈(320)은 태양광 추적 집광부(321), 태양광 센서(323), 모터 제어부(325), 높이 조정부(327), 베이스(329)를 포함한다.
태양광 추적 집광부(321)는 태양광판(410), 태양광판 지지대(421), 상부모터(423), 상부모터 홀더(425), 상부모터 지지대(431), 하부모터 홀더(433), 하부모터(435), 하부모터 지지대(437), 시스템 받침대 홀더(439), 시스템 받침대(440)를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 이해와 설명의 편의를 위해 태양광 추적 집광부(321)가 지표면에 대해 수직하게 설치될 때 그 길이방향의 축을 수직축(A3)이라 하고, 이에 직교하여 지표면에 평행한 방향의 축을 수평축(A4)이라 가정한다.
태양광판(410)에는 관통홀이 마련되어 있고, 관통홀 내에 렌즈부(412)가 설치되어 있어, 태양광을 집광할 수 있다.
태양광판 지지대(421)는 태양광판(410)을 지지하는 상부 지지판(421-1)과, 상부모터(423)의 회전축(423-1)에 결합되는 제1 결합홀(421-3)이 형성된 하부 몸체(421-2)를 포함한다.
상부모터(423)의 회전축(423-1)은 지표면에 대해 평행하게 놓여지게 된다. 따라서, 상부모터(423)의 회전에 따라 태양광판 지지대(421)가 회전하면 태양광판 지지대(421)에 의해 지지되는 태양광판(410)이 수평축(A4)을 중심으로 회전하여 지표면에 대해 소정의 경사를 가지게 된다.
상부모터(423)는 감속기어 모터일 수 있으며, 후술하는 모터 제어부(325)의 제어신호에 따라 정방향 혹은 역방향으로 회전하여 태양광판(410)을 수평축(A4)을 중심으로 회전시킨다.
상부모터 홀더(425)는 상부모터 몸체(423-3)가 삽입되는 제1 몸체 삽입공(425-2)이 형성된 수직 고정부(425-1)와, 하측의 상부모터 지지대(431)에 의해 고정되는 수평 고정부(425-3)를 포함한다.
상부모터 지지대(431)는 상부모터 장치(420)와 하부모터 장치(430)를 연결시켜주는 부분으로, 하부모터(435)의 회전축(435-1)에 결합되는 제2 결합홀(431-1)이 형성되어 있으며, 상부모터 홀더(425)에 결합된다. 하부모터(435)의 회전에 따라 상부모터 장치(420) 및 태양광판(410)을 수직축(A3)을 중심으로 회전시키는 운동 전달 매체로서 기능한다.
하부모터(435)는 감속기어 모터일 수 있으며, 후술하는 모터 제어부(325)의 제어신호에 따라 정방향 혹은 역방향으로 회전하여 태양광판(410)을 수직축(A3)을 중심으로 회전시킨다.
하부모터 홀더(433)는 제2 몸체 삽입공(433-1)을 통해 하부모터(435)를 잡아주는 부분으로서, 하부모터 지지대(437)에 고정되어, 하부모터(435)가 하부모터 지지대(437) 내에 위치하게 한다. 하부모터(435)를 하부모터 홀더(433)에 끼움 결합하고, 이를 하부모터 지지대(437)에 고정시키는 방식으로 제작될 수 있다.
하부모터 지지대(437)는 하부모터(435)를 지지하는 파이프 구조물로서, 상부 내부에 하부모터(435)가 위치하게 된다.
시스템 받침대 홀더(439)는 상부에 하부모터 지지대(437)가 끼움 결합하고, 하부에 시스템 받침대(440)가 소정 경사를 가지도록 끼움 결합하여 포터블 태양광 발전 장치(312)를 전체적으로 받쳐주게 된다.
시스템 받침대(440)가 끼움 결합하는 제3 결합홀(439-1)은 하방향으로 소정 경사(예를 들면, 30도)를 가지고 있어, 시스템 받침대(440)가 소정 경사를 가지고 끼움 결합할 수 있다.
제3 결합홀(439-1)은 시스템 받침대 홀더(439)의 표면에 320도 간격으로 형성되어 있어, 안정적인 지지가 이루어지도록 할 수 있다.
시스템 받침대(440)는 이동성을 위해 시스템 받침대 홀더(439)에 탈착가능한 파이프 구조를 가질 수 있으며, 예를 들면 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
태양광 추적 집광부(321)는 태양광판(410), 상부모터 장치(420), 하부모터 장치(430), 시스템 받침대(440)와 같이 조합되어 분류될 수 있고, 이로 인해 이동성을 높이고 현장 조립을 용이하게 할 수 있다. 여기서, 상부모터 장치(420)에는 태양광판 지지대(421), 상부모터(423), 상부모터 홀더(425)가 포함되며, 하부모터 장치(430)에는 상부모터 지지대(431), 하부모터 홀더(433), 하부모터(435), 하부모터 지지대(437), 시스템 받침대 홀더(439)가 포함될 수 있다.
즉, 태양광판(410), 상부모터 장치(420), 하부모터 장치(430), 시스템 받침대(440)의 4개 분류로 1차 조립된 상태로 운송하다가 현장에서는 이들을 서로 조립함으로써 완성된 태양광 추적 집광부(321)가 설치되도록 할 수 있다.
본 실시예에 따른 태양광 추적 집광부(321)의 태양광판(410)은 상부모터(423)와 하부모터(435)의 동작에 따라 수직축(A1) 및 수평축(A2)에 대해 회전하여 태양을 추적함으로써, 집광 효율을 높이도록 할 수 있다.
이를 위해 태양광 집광 모듈(320)은 태양광 센서 및 모터 제어부를 포함할 수 있다. 태양광 집광 모듈(320)은 태양광 센서를 통해 측정된 데이터에 기초하여 모터 제어부가 상부모터(423)와 하부모터(435)의 회전을 제어하여 태양광판(410)이 항상 태양을 향하는 방향으로 놓여지도록 할 수 있다.
태양광에 대해 태양광판(410)이 수직을 이루도록 놓여질 경우 태양광판(410)에 설치된 렌즈부(412)에 대해 태양광이 수직으로 입사하게 되어 집광 효율을 극대화되는 바, 주간에는 태양광 센서를 통해 태양의 위치를 추적하여 태양광판(410)의 상부면이 태양을 향하는 방향으로 놓여지도록 할 필요가 있다. 태양광 센서에 대해서는 앞서 상세히 설명한 바 있다.
모터 제어부에 의해 태양광판(410)이 태양을 향하는 방향으로 놓여지도록 2축 제어된 경우, 경사각 및 선회각이 변화하여 태양광판(410)에 구비된 렌즈부(412)를 통해 집광되는 태양광의 초점 위치가 변화할 수 있다.
이 경우 태양광의 초점 위치가 원수 저장조(311) 내부, 특히 원수 저장조(311)에 구비된 집광바(312) 상에 놓여지도록 하기 위해, 태양광 집광 모듈(320)은 높이 조정부 및/또는 베이스(329)를 더 포함할 수 있다.
높이 조정부는 태양광판(410)의 높이를 조정하는 부분으로, 예를 들어 하부모터 지지대(437)가 높이 조정부로서 기능할 수 있다. 높이 조정부는 유압 실린더에 의해 그 길이가 가변되는 구조(예를 들어, 텔레스코픽 구조)를 가질 수 있다.
베이스(329)는 태양광 집광 모듈(320)과 증류수 제조 모듈(310) 사이를 연결하는 판재로서, 증류수 제조 모듈(310)과 태양광 집광 모듈(320) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 이를 위해 베이스(329)는 리니어 바와 같은 구조를 가지고 있어, 증류수 제조 모듈(310) 혹은 태양광 집광 모듈(320)이 베이스(329) 상에서 수평 방향으로 리니어하게 이동될 수 있다.
높이 조정부에 의해 조정되는 높이 및 베이스(329)에 의해 조정되는 간격은 태양광 집광 모듈(320)에서 태양을 추적하는 과정 중에 태양광판(410)의 경사각에 대응하게 된다. 태양광판(410)의 경사각에 따라 렌즈부(412)의 초점 위치가 변경되게 되고, 이러한 초점 위치가 집광바(312)와 만나도록 하기 위해 높이 조정부 및 베이스(329)가 각각 높이 및 간격을 조정할 수 있다.
또한, 베이스(329)는 증류수 제조 모듈(310) 혹은 태양광 집광 모듈(320)을 중심으로 회전 가능한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 태양광 집광 모듈(320)이 증류수 제조 모듈(310)을 중심으로 회전하도록 할 수 있다.
베이스(329)에 의한 회전각도는 태양광 집광 모듈(320)에서 태양을 추적하는 과정 중에 태양광판(410)이 선회한 각도에 대응하게 된다. 이를 통해 증류수 제조 모듈(310)이 태양과 태양광 집광 모듈(320)의 렌즈부(412)의 연장선 상에 놓여지도록 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 태양광 증류수 제조 시스템 110: 증류수 제조 모듈
111: 원수 저장조 113: 증류수 저장조
115: 증기 응축기 117: 수위센서
119: 액티브 히팅부 120: 태양광 집광 모듈
121: 태양광 추적 집광부 123: 태양광 센서
125: 모터 제어부 127: 높이 조정부
129: 베이스 130: 컨트롤 모듈
131: 광량 센서 133: 전원 제어부

Claims (9)

  1. 원수를 저장하는 원수 저장조와, 상기 원수가 증발한 증발기체를 냉각수를 이용하여 냉각시키는 증기 응축기와, 상기 증기 응축기에서 상기 증발기체가 응축되어 생성된 증류수를 집수하는 증류수 저장조를 포함하는 증류수 제조 모듈; 및
    태양광을 집광하는 렌즈와, 상기 렌즈를 지지하는 렌즈 받침대와, 상기 렌즈 받침대와 상기 렌즈를 각각 수직축 및 수평축을 중심으로 회전시켜 상기 렌즈의 방향을 2축 제어하는 제1 구동부 및 제2 구동부와, 태양의 위치에 상응하는 센싱값을 출력하는 태양광 센서와, 상기 센싱값에 따라 상기 제1 구동부 및 상기 제2 구동부의 회전을 제어하는 모터 제어부를 포함하는 태양광 집광 모듈을 포함하되,
    상기 원수 저장조는 상기 원수의 수위에 상응하는 높이에 설치되는 집광바를 포함하며,
    상기 원수 저장조의 몸체가 투명 재질로 이루어져 상기 태양광 집광 모듈에 의한 집광점이 상기 집광바의 몸체 중 어느 한 지점에 놓여지고, 상기 집광바의 측면에는 상기 원수의 표면 부분에 열을 고르게 확산 전달하기 위한 메쉬 구조의 금속망이 부착되어 있으며,
    상기 태양광 센서는 십(十)자 모양으로 배열된 4개의 CDS 센서를 포함하고,
    상기 모터 제어부는, 상기 수평축을 중심으로 구분되는 영역 중 동일 영역 내에 위치하는 서로 이웃하는 두 CDS 센서의 저항값을 비교하고, 오차범위 이상 차이가 나는 경우 상기 제1 구동부를 구동시켜 태양광 센서가 부착된 태양광판을 수평 회전시켜 상기 두 CDS 센서의 저항값 차이가 오차범위 이내에 들어오게 하며, 상기 수평축을 중심으로 낮은 저항값을 가지는 CDS 센서가 위치한 영역이 낮게 위치하도록 상기 제2 구동부를 구동시켜 상기 태양광판을 회전시키고,
    상기 렌즈의 경사각을 제한하기 위해 상기 제2 구동부 주변에 소정 각도만큼 이격 설치된 제1 걸림턱의 동작을 제어하여 상기 제2 구동부의 회전량을 제한하는 리미트 스위치; 및
    상기 렌즈의 수평 회전을 제한하기 위해 상기 제1 구동부 주변에 소정 각도만큼 이격 설치된 제2 걸림턱의 동작을 제어하여 상기 제1 구동부의 회전량을 제한하는 푸시 스위치를 더 포함하는 태양광 증류수 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 집광 모듈의 높이를 조정하는 높이 조정부와;
    상기 증류수 제조 모듈과 상기 태양광 집광 모듈 사이를 연결하는 판재 구조를 가지며, 상기 증류수 제조 모듈과 상기 태양광 집광 모듈 사이의 간격을 조정하고 상기 증류수 제조 모듈과 상기 태양광 집광 모듈 중 하나를 중심으로 회동 가능한 베이스를 더 포함하되,
    상기 높이 조정부에 의해 조정되는 높이와 상기 베이스에 의해 조정되는 간격은 상기 제2 구동부의 회전량에 대응되고, 상기 베이스의 회동 각도는 상기 제1 구동부의 회전량에 대응되는 것을 특징으로 하는 태양광 증류수 제조 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 증기 응축기는,
    응축기 몸체와;
    상기 응축기 몸체의 하부에서 상기 원수 저장조와 연결되는 하부 연결부와;
    상기 응축기 몸체 내에 배치되며, 상기 하부 연결부의 상부에서 연결되어 상기 증발기체가 상승하는 중심부 및 상기 중심부의 둘레를 둘러싸며 상기 중심부와는 상부에서 연통되는 주변부를 포함하는 기체 통로와;
    상기 응축기 몸체의 내부에 냉각수를 유입 혹은 배출하는 냉각수 유출입구와;
    상기 주변부의 하단에 연결되어 상기 증류수를 배출하는 증류수 출구를 포함하되,
    상기 주변부는 나선형 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 태양광 증류수 제조 시스템.
  4. 원수를 저장하는 원수 저장조와, 증류수를 저장하는 증류수 저장조와, 상기 원수 저장조와 상기 증류수 저장조 상부에 설치되되, 상기 증류수 저장조 측이 상기 원수 저장조 측보다 낮도록 일측 길이 방향으로 햐향 경사진 지붕부를 포함하는 증류수 제조 모듈; 및
    관통홀 내에 렌즈부가 설치되고, 상면에 태양광 센서가 부착된 태양광판과, 상기 태양광판을 지지하면서 상부모터를 구동시켜 상기 태양광판을 지표면에 평행한 수평축을 중심으로 회전시키는 상부모터 장치와, 상기 상부모터 장치를 지지하면서 하부모터를 구동시켜 상기 상부모터 장치를 상기 지표면에 수직한 수직축을 중심으로 회전시키는 하부모터 장치와, 태양의 위치에 상응하는 센싱값을 출력하는 태양광 센서와, 상기 센싱값에 따라 상기 상부모터 장치 및 상기 하부모터 장치의 회전을 제어하는 모터 제어부를 포함하는 태양광 집광 모듈을 포함하되,
    상기 원수 저장조는 상기 원수의 수위에 상응하는 높이에 설치되는 집광바를 포함하고,
    상기 원수 저장조의 몸체가 투명 재질로 이루어져 상기 태양광 집광 모듈에 의한 집광점이 상기 집광바의 몸체 중 어느 한 지점에 놓여지며,
    상기 집광바의 측면에는 상기 원수의 표면 부분에 열을 고르게 확산 전달하기 위한 메쉬 구조의 금속망이 부착되어 있으며,
    상기 태양광 센서는 십(十)자 모양으로 배열된 4개의 CDS 센서를 포함하고,
    상기 모터 제어부는, 상기 수평축을 중심으로 구분되는 영역 중 동일 영역 내에 위치하는 서로 이웃하는 두 CDS 센서의 저항값을 비교하고, 오차범위 이상 차이가 나는 경우 상기 하부모터를 구동시켜 상기 태양광판을 수평 회전시켜 상기 두 CDS 센서의 저항값 차이가 오차범위 이내에 들어오게 하며, 상기 수평축을 중심으로 낮은 저항값을 가지는 CDS 센서가 위치한 영역이 낮게 위치하도록 상기 상부모터를 구동시켜 상기 태양광판을 회전시키는 것을 특징으로 하는 태양광 증류수 제조 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지붕부는 내부공간이 빈 몸체를 가지고,
    상기 몸체의 하단에 원수가 유입되는 유입구가 마련되고, 상기 몸체의 상단에 상기 내부공간에서 증발기체와 열교환을 통해 예열된 원수가 상기 원수 저장조 내에 낙하되도록 하는 유출구가 마련된 것을 특징으로 하는 태양광 증류수 제조 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 태양광 집광 모듈의 높이를 조정하는 높이 조정부와;
    상기 증류수 제조 모듈과 상기 태양광 집광 모듈 사이를 연결하는 판재 구조를 가지며, 상기 증류수 제조 모듈과 상기 태양광 집광 모듈 사이의 간격을 조정하고 상기 증류수 제조 모듈과 상기 태양광 집광 모듈 중 하나를 중심으로 회동 가능한 베이스를 더 포함하되,
    상기 높이 조정부에 의해 조정되는 높이와 상기 베이스에 의해 조정되는 간격은 상기 상부모터의 회전량에 대응되고, 상기 베이스의 회동 각도는 상기 하부모터의 회전량에 대응되는 것을 특징으로 하는 태양광 증류수 제조 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 증류수 제조 모듈은,
    상기 태양광 집광 모듈의 작동이 불가능한 경우 활성화되어 AC 상용전원을 이용하여 상기 원수를 가열하는 액티브 히팅부를 더 포함하는 태양광 증류수 제조 시스템.
KR1020160017594A 2016-02-16 2016-02-16 태양광 증류수 제조 시스템 KR101783032B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160017594A KR101783032B1 (ko) 2016-02-16 2016-02-16 태양광 증류수 제조 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160017594A KR101783032B1 (ko) 2016-02-16 2016-02-16 태양광 증류수 제조 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170096337A KR20170096337A (ko) 2017-08-24
KR101783032B1 true KR101783032B1 (ko) 2017-11-06

Family

ID=59758130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160017594A KR101783032B1 (ko) 2016-02-16 2016-02-16 태양광 증류수 제조 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101783032B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109354092B (zh) * 2018-12-11 2021-05-14 自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所 一种大型低温多效海水淡化装置管束布置结构
CN115571943A (zh) * 2022-04-24 2023-01-06 北京绿佳杰园林工程有限公司 园林景观的雨水回收处理装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101438927B1 (ko) 2012-11-29 2014-09-16 주식회사 한국에너지 태양광 모듈 각도조절장치
KR101591249B1 (ko) * 2014-10-13 2016-02-04 (주) 비제이파워 단위 집광 모듈의 테스트 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101438927B1 (ko) 2012-11-29 2014-09-16 주식회사 한국에너지 태양광 모듈 각도조절장치
KR101591249B1 (ko) * 2014-10-13 2016-02-04 (주) 비제이파워 단위 집광 모듈의 테스트 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170096337A (ko) 2017-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080164135A1 (en) Solar Desalination Apparatus
CN101029775B (zh) 光学镜热管太阳灶
US20130061910A1 (en) Concentrating Solar Photovoltaic-Thermal System
WO2010067209A2 (en) Mosaic solar collector
KR101364189B1 (ko) 각도 조정이 가능한 횡렬식 공동주택 태양에너지 발코니 난간
KR101783032B1 (ko) 태양광 증류수 제조 시스템
KR101379445B1 (ko) 태양 추적식 트랙커를 구비한 태양광 및 태양열 복합시스템
US20140076812A1 (en) Water purification systems and methods
US20140366930A1 (en) Hybrid solar energy recovery system
JP5075916B2 (ja) 太陽熱利用システム
CN111661889A (zh) 一种太阳能淡化水装置
CN102662381B (zh) 水冷式透镜群聚光光伏太阳能楼宇机构
KR101042940B1 (ko) 기둥형 집광장치를 구비한 태양 위치 추적 장치
CN204574538U (zh) 简易型自动跟日太阳能热水器系统
KR20020087826A (ko) 다중 선형집광기 와 집열판하우스 및열흡수물순환유리관을 이용한 태양위치를 자동 추적하는태양열 온수 및 난방 장비
CN201025409Y (zh) 一种光学镜热管太阳灶
WO2009028000A2 (en) Improved robot collector for large lens solar concentrators
US20120234666A1 (en) Apparatus and methods for water treatment
Jims John Wessley et al. Experimental analysis of a flat plate solar collector system for small-scale desalination applications
CN213037442U (zh) 一种太阳能淡化水装置
US20090126718A1 (en) Method and device for utilizing solar energy
CN112850831B (zh) 一种饮用水系统
KR101434315B1 (ko) 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치
RU2013714C1 (ru) Солнечный нагреватель
ES2264316B1 (es) Condensador de energia solar con lente liquida modulada.

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