KR101918968B1 - 유가금속 용액 증발시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 유가금속을 함유한 용액의 증발을 가속화하는 시스템으로서, 태양광발전부; 상기 태양광발전부와 연결된 제어부; 상기 제어부와 연결되고 상기 태양광발전부에서 생성되는 전력을 저장하는 저장부; 및 상기 제어부와 연결된 열교환부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 태양광발전부로부터 전력을 공급받고, 상기 열교환부는 상기 제어부로부터 전력을 공급받아 가열되고, 상기 용액과 열교환이 이루어지는, 유가금속 용액 증발시스템을 제공한다.

Description

유가금속 용액 증발시스템{SYSTEM FOR EVAPORATING VALUABLE METAL SOLUTION}

본 발명은 유가금속 용액 증발시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 에너지를 전기 및 열에너지로 변환하고, 열교환을 통해 유가금속 용액을 증발시키는 시스템에 관한 것이다.

기존의 염호로부터 리튬을 생산하는 방식은 자연증발법이며, 기간은 12 개월 내지 24개월이 소요된다. 관련 선행기술로, 한국 등록특허공보 제10-1158527호에는 염호로부터 탄산리튬을 제조하는 방법을 제공하고 있다.

자연증발법은 건조하고 일조량이 좋은 조건을 갖춘 지역에서만 가능하고, 리튬 수요 증대 시, 자연증발법에 의한 수요 대처는 수동적이고 염호의 지역적 편재로 인해, 리튬 용액, 리튬염 생산량 증대에는 한계가 있다.

향후 전기자동차 시대를 맞아하여 리튬 자원의 폭발적 수요증대가 예상되며, 이에 대응하기 위해서는 기존 자연증발법의 한계를 극복할 신규한 방법의 적용이 필요한 실정이다.

한국 등록특허공보 제10-1158527호

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 태양광에너지를 유가금속 함유 용액의 증발에 활용하는 시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태는 유가금속을 함유한 용액의 증발을 가속화하는 시스템으로서, 태양광발전부; 상기 태양광발전부와 연결된 제어부; 상기 제어부와 연결되고 상기 태양광발전부에서 생성되는 전력을 저장하는 저장부; 및 상기 제어부와 연결된 열교환부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 태양광발전부로부터 전력을 공급받고, 상기 열교환부는 상기 제어부로부터 전력을 공급받아 가열되고, 상기 용액과 열교환이 이루어지는, 유가금속 용액 증발시스템을 제공한다.

일 실시예에 있어서, 상기 유가금속 용액 증발시스템은 리튬을 포함하는 용액괴 열교환이 이루어질 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 태양광 공급이 불가한 시간에 상기 저장부의 전력을 상기 열교환부로 공급하도록 할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 열교환부는 일측 및 타측에 각각 연통되어 마련된 유로를 통해 상기 용액의 순환이 이루어지도록 할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 유로는 상기 순환되는 용액의 불순물을 제거하는 여과부를 더 포함하도록 할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 태양광 에너지를 활용하여 24 시간 동안 목적으로 하는 유가금속 용액의 증발이 촉진되도록 할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유가금속 용액 증발시스템의 일례를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 양태는,

유가금속을 함유한 용액의 증발을 가속화하는 시스템으로서,

태양광발전부(11); 상기 태양광발전부와 연결된 제어부(41);

상기 제어부(41)와 연결되고 상기 태양광발전부(11)에서 생성되는 전력을 저장하는 저장부(31); 및

상기 제어부(41)와 연결된 열교환부(21);를 포함하고,

상기 제어부(41)는 상기 태양광발전부(11)로부터 전력을 공급받고,

상기 열교환부(21)는 상기 제어부(41)로부터 전력을 공급받아 가열되고, 상기 용액과 열교환이 이루어지는, 유가금속 용액 증발시스템(100)을 제공한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 양태에 따른 유가금속 용액 증발시스템(100)은, 태양광을 활용하여 유가금속을 포함하고 있는 용액을 열교환을 통해 증발농축하여, 고농도의 유가금속을 함유한 용액을 획득하기 위한 것이다.

본 발명의 일 양태에 따른 유가금속 용액 증발시스템(100)은 리튬을 포함하는 용액과 열교환이 이루어지도록 할 수 있고, 리튬을 포함하는 염호와 열교환이 이루어지도록 할 수 있다. 기존 자연증발법보다 더욱 염호의 증발속도를 가속화하여 염호 내 리튬 등의 유가금속을 더욱 빠르게 회수할 수 있도록 한다. 이때, 상기 유가금속 용액 증발시스템은 염호 인근의 도로, 전력, 용수 등 기본적인 사회 인프라가 갖추어지지 못한 지역에서도 활용 가능하도록 하는 특징이 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 유가금속 용액 증발시스템(100)에 있어서, 상기 태양광발전부(11)는 복수 개의 태양광 패널을 포함할 수 있고, 태양의 빛에너지를 통해 전력을 생산하여 제어부(41) 및 저장부(31)로 공급할 수 있다. 이때, 상기 태양광 패널은 태양광이 조사되는 반대면에 열방출 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 태양광발전부(11)는 태양광 에너지를 받아서 집열하고 전기를 생성하는 PVT(photovoltaic-thermal) 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 PVT 모듈은 태양광 에너지의 파장영역에 따라 단파장(0.78 ㎛ 미만)에서는 전기를 생산하고, 장파장(0.78 ㎛ 이상)을 포함한 전 파장은 열을 생산할 수 있기 때문에, 상기 PVT 모듈을 활용함으로써 전기와 열을 병합 생산할 수 있다.

상기 태양광발전부(11)는 상기 PVT 모듈 또는 상기 태양광 패널의 열방출 부재와 유가금속 함유 용액(23)의 열교환이 이루어지도록, 상기 용액이 상기 PVT 모듈 또는 상기 열방출 부재를 순환하도록 하는 유로(미도시)와, 상기 유로에 포함되어 상기 용액을 소정의 유속으로 순환되도록 하는 펌프(미도시)를 구비할 수 있다.

상기 태양광발전부(11)는 상기 PVT 모듈 또는 상기 태양광 패널의 열방출 부재와 유가금속 함유 용액(23)의 열교환이 이루어지도록, 상기 PVT 모듈 또는 상기 열방출 부재의 열을 상기 용액으로 전달하는 히트파이프(미도시)를 구비할 수 있으며, 필요에 따라 복수 개 마련할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 유가금속 용액 증발시스템(100)에 있어서, 상기 제어부(41)는 일조량 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부(41)는 상기 일조량 센서의 기 설정된 일조량 기준치를 통해, 전력 흐름을 제어할 수 있다. 일조량이 거의 없는, 태양광 공급이 불가한 조건에는 상기 저장부(31)의 전력을 상기 열교환부(21)로 공급할 수 있도록 한다. 일조량이 급격히 감소하여 태양광발전부의 전력 생산 효율이 저하될 시, 저장부(31)의 전력을 통해 열교환부를 가열시킬 수 있으며, 이에 24 시간 동안 열교환이 이루어지도록 하여 동안 유가금속을 함유한 용액의 증발 속도를 높일 수 있다.

상기 제어부(41)는 일조량이 풍부할 조건에서, 상기 태양광발전부(11)에서 생산된 전력 일부를 저장부(31)로 공급하되, 열교환부(21)가 소정의 온도로 가열될 수 있도록 생산된 전력의 다른 일부를 공급하도록 한다.

상기 제어부(41)는 열교환부(21)가 소정의 온도 범위에 도달하면, 상기 태양광발전부(11)로부터 생산되는 전력을 저장부(31)로 공급되도록 제어할 수 있고, 열교환부(21)의 온도가 소정의 온도 범위 미만으로 떨어지면, 상기 태양광발전부(11)로부터 생산되는 전력을 열교환부로 재 공급할 수 있다.

상기 제어부(41)는 상기 태양광발전부(11)에서 발생되는 직류전력을 상용주파수 및 전압의 교류로 변환하여 열교환부(41)로 연계하도록 하는 전력변환장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 유가금속 용액 증발시스템(100)에 있어서, 상기 저장부(31)는 복수 개의 에너지 저장장치(ESS)가 구비되어 전력을 저장 및 공급하도록 할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 유가금속 용액 증발시스템(100)에 있어서, 상기 열교환부(21)는 일측 및 타측에 각각 연통되어 마련된 유로(22)를 통해 상기 용액(23)의 순환이 이루어지도록 한다. 상대적으로 낮은 온도, 대략 15 ℃ 내지 45 ℃의 용액이 상대적으로 높은 온도의 상기 열교환부(21) 내부를 순환하면서 가열되어, 용액의 증발이 더욱 촉진될 수 있다.

상기 열교환부(21)는 상기 제어부(41)로부터 공급받은 전력을 열에너지로 전환하는 전기 히터를 일측에 구비하여 가열될 수 있고, 이때 상기 열교환부의 용액 온도가 30 ℃ 내지 100 ℃가 유지되도록 할 수 있다. 상기 열교환부의 용액 온도가 30 ℃ 미만이라면, 유가금속을 함유한 용액의 증발속도 증가가 미미해질 우려가 있고, 상기 열교환부의 용액 온도가 100 ℃ 초과라면, 전력 효율 및 열교환 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

즉, 상기 유가금속 용액 증발시스템(100)은 상기 열교환부(21)를 상기의 온도 범위로 가열시키기 위해 필요한 에너지를 자체적으로 태양광발전부(11)를 통해 생산하여 공급할 수 있도록 한다.

상기 유로(22)는 유가금속 함유 용액(23)을 상기 열교환부(21) 내부로 소정의 유속으로 순환시킬 수 있도록 하는 펌프(미도시)를 구비할 수 있다.

상기 유로(22)는 상기 열교환부(21) 내부를 순환되는 용액의 불순물을 제거하는 여과부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 여과부는 증발시키고자 하는 용액의 불순물을 제거함으로써 유가금속의 순도를 높인 용액을 제공할 수 있도록 한다.

이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

< 비교예 >

용액량 0.1 m3, 용액노출표면적 1 m2, 풍속 1 m/s, 대기 및 용액 표면온도 30 oC, 상대습도 50% 조건에서 Li을 100 ppm 함유한 3.5% NaCl 용액 증발시험을 실시한 결과, 시간당 0.4리터의 물이 증발하였고 100 시간후 40 리터의 물이 증발하고 NaCl은 5.8 %, Li는 170 ppm으로 농도가 높아졌다.

< 실시예 1>

용액량 0.1 m3, 용액노출표면적 1 m2, 풍속 1 m/s, 대기온도 30 oC, 상대습도 50% 조건에서 Li을 100 ppm 함유한 3.5% NaCl 용액을 용량 2.5 KWh 급의 태양광 발전부와 열교환부를 연결하여 용액온도를 50 oC로 상승시켜 증발시험을 실시한 결과, 시간당 1.5 리터의 물이 증발하였고, 30 시간 후 45 리터의 물이 증발하고 NaCl은 6.3 %, Li은 180 ppm으로 농도가 높아졌다.

< 실시예 2>

용액량 0.1 m3, 용액노출표면적 1 m2, 풍속 1 m/s, 대기온도 30 oC, 상대습도 50 % 조건에서 Li을 100 ppm 함유한 3.5% NaCl 용액을 용량 5 KWh 급의 태양광 발전부와 열교환부를 연결하여 용액온도를 70 oC로 상승시켜 증발시험을 실시한 결과, 시간당 6 리터의 물이 증발하였고 10 시간 후 60 리터의 물이 증발하고 NaCl은 8.7 %, Li은 250 ppm으로 농도가 높아졌다.

지금까지 본 발명의 일 양태에 따른 유가금속 용액 증발시스템에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 유가금속 용액 증발시스템
11 : 태양광발전부
21 : 열교환부
22 : 유로
23 : 유가금속 함유 용액
31 : 저장부
41 : 제어부

Claims (5)

1. 유가금속을 함유한 용액의 증발을 가속화하는 시스템으로서,
   태양광발전부; 상기 태양광발전부와 연결된 제어부;
   상기 제어부와 연결되고 상기 태양광발전부에서 생성되는 전력을 저장하는 저장부; 및
   상기 제어부와 연결된 열교환부;를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 태양광발전부로부터 전력을 공급받고,
   상기 열교환부는 상기 제어부로부터 전력을 공급받아 가열되고, 상기 용액과 열교환이 이루어지고,
   상기 태양광발전부는 PVT(photovoltaic-thermal) 모듈 및 열방출 부재를 포함하고,
   상기 유가금속 함유 용액이 상기 PVT 모듈 또는 열방출 부재와 순환되도록 하는 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유가금속 용액 증발시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 유가금속 용액 증발시스템은,
   리튬을 포함하는 용액과 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 유가금속 용액 증발시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   태양광 공급이 불가한 시간에 상기 저장부의 전력을 상기 열교환부로 공급하는 것을 특징으로 하는 유가금속 용액 증발시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 열교환부는,
   일측 및 타측에 각각 연통되어 마련된 유로를 통해 상기 용액의 순환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 유가금속 용액 증발시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 유로는,
   상기 순환되는 용액의 불순물을 제거하는 여과부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유가금속 용액 증발시스템.
   

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