KR102519808B1 - 증발부가 구비된 해수담수화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유입부 및 배출부를 가진 중공 구조로 구비된 몸체부; 상기 몸체부의 내부에 배치되는 증발부재; 상기 증발부재의 하측에 배치되어 증발부재로 해수를 분사하는 분사부를 갖는 증발부; 및 상기 몸체부의 배출부의 상측에 연통된 수증기 배출부를 통해 수증기가 이동되어 저장되는 담수 저장부를 포함하며, 상기 증발부의 몸체부는 횡방향으로 배치된 파이프 형상으로 구비되고, 상기 증발부의 몸체부는 투명한 재질로 구비되고, 증발부재는 중공구조의 몸체부의 중간높이 보다 아래에 배치되어, 상기 증발부재에 태양광이 직접 수광되며, 조사된 태양광에 의해 가열된 증발부재에서 분사된 해수가 증발되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치이다.
Description
본 발명은 해수담수화 장치에 관한 것이다. 구체적으로는 증발부가 구비된 해수담수화 장치에 관한 것이다.
해수담수화란 생활용수나 공업용수로 직접 사용이 어려운 바닷물로부터 염분을 포함한 용해 물질을 제거하여 순도 높은 음용수, 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 일련의 수처리 과정을 말한다. 즉, 해수담수화는 염분을 포함하고 있는 해수에서 염분을 제거하여 담수를 얻는 것을 말한다.
한국 시장의 경우, 국내에 가동 중인 해수담수화 시설은 도서지역 식수 해결을 위한 100㎥/일 미만의 소규모 시설이 약 83%로 대부분을 차지하고 있으며, 도서지역 생활용수 공급을 위한 총 시설 규모는 6,333 ㎥/일 이다. 석유화학단지에서 공업용수로 이용하기 위해 기수용 담수화 시설이 사용되고 있으며, 현대석유화학 외 7개사에서 총 137,420㎥/일 규모로 운영하고 있다.
이러한 해수담수화 방법으로는 크게 물의 증발 현상을 이용하는 증발법, 막의 차별성과 선택적 통과 능력을 이용하는 막여과법 등이 있으며, 막여과법은 세부적으로 역삼투법(reverse osmosis)과 전기투석법(electrodialysis)으로 구분된다.
해수담수화 방법 중 특히 역삼투(RO, Reverse Osmosis) 방식은 2005년까지는 전체 담수화 시장 중 48%정도를 차지하였으나 에너지 비용 상승 등의 문제로 기존의 증발법을 대체하여 2020년에는 70% 이상으로 비율이 증가할 것으로 예상되고 있다.
이러한 역삼투 방식은 해수나 기수에 함유되어 있는 성분을 고분자 분리막(역삼투막)을 이용하여 생산수(또는 처리수)와 농축수로 분리시키며, 생산수는 성분농도를 희석하여 용수 및 음용수로 활용하고 농축수는 다시 바다로 배출하게 된다. 상기 역삼투 방식에 사용되는 역삼투막은 역삼투가 일어나도록 해수의 삼투압인 약 25㎏/㎠ 를 초과하여 가해지는 고압을 견딜 수 있는 내압성을 비롯하여, 염을 제거할 수 있을 정도로 매우 미세한 기공구조를 요한다.
특히, 대한민국의 전남 지방 등 소규모 섬이 많은 지형의 경우, 소규모 해수담수화 시설의 수요가 가장 많으며, RO 방식의 해수담수화 장치는 소규모 해수담수화 설비가 많이 보급되어 있다.
하지만, 이러한, 역삼투(RO, Reverse Osmosis) 방식의 해수담수화 방법이 기술적으로 우수하고, 많은 시장 수요가 있으나, 고압에서 운전해야 할 뿐 아니라 전문적인 운전관리자가 필요하게 되어 유지 관리비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 전력 소요가 큰 문제가 대두되어 대체 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명에 따른 증발부가 구비된 해수담수화 장치는 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 태양광 에너지를 이용하여, 해수담수화 장치의 에너지 효율을 증가시키고자 한다.
둘째, 다공성 증발부재를 이용하여 증발효율을 증가시키고자 한다.
셋째, 응결된 소금을 세척하여 해수의 증발이 지속적으로 진행되도록 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 유입부 및 배출부를 가진 중공 구조로 구비된 몸체부; 상기 몸체부의 내부에 배치되는 증발부재; 상기 증발부재의 하측에 배치되어 증발부재로 해수를 분사하는 분사부를 갖는 증발부; 및 상기 몸체부의 배출부의 상측에 연통된 수증기 배출부를 통해 수증기가 이동되어 저장되는 담수 저장부를 포함하며,
상기 증발부의 몸체부는 횡방향으로 배치된 파이프 형상으로 구비되고, 상기 증발부의 몸체부는 투명한 재질로 구비되고, 증발부재는 중공구조의 몸체부의 중간높이 보다 아래에 배치되어, 상기 증발부재에 태양광이 직접 수광되며, 조사된 태양광에 의해 가열된 증발부재에서 분사된 해수가 증발되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치이다.
상기 증발부의 몸체부는 횡방향으로 배치된 파이프 형상으로 구비되고, 상기 증발부의 몸체부는 투명한 재질로 구비되고, 증발부재는 중공구조의 몸체부의 중간높이 보다 아래에 배치되어, 상기 증발부재에 태양광이 직접 수광되며, 조사된 태양광에 의해 가열된 증발부재에서 분사된 해수가 증발되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치이다.
본 발명에 있어서, 상기 증발부재는 다공성 재질로 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 증발부재의 적어도 일측에는 증발부재를 몸체부 내부에 안착되도록 지지하는 지지부재가 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 지지부재는 메시 구조로 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 분사부는 분사압력이 변동가능하게 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 몸체부의 하부 일 측에는 염수 배출부가 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 증발부의 몸체부는 유입부보다 배출부가 아래로 향하도록 기울어지게 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 몸체부의 유입부에는 송풍팬이 구비되어, 수증기가 배출부 쪽으로 이동되게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 증발부의 상측에는 집광부가 더 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 집광부는 프레넬 렌즈(fresnel lens)로 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 집광부을 축회전 시키는 구동부가 더 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 증발부가 구비된 해수담수화 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 태양광 에너지를 이용하여, 해수담수화 장치의 에너지 효율을 증가시키는 효과가 있다.
둘째, 다공성 증발부재를 이용하여 증발효율을 증가시키는 효과가 있다.
셋째, 응결된 소금을 세척하여 해수의 증발이 지속적으로 진행되는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 해수담수화 장치의 모식도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 증발부의 모식도이다.
도 4는 도 2의 입구커버부의 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 증발부의 개별 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 증발부의 종 단면도로서, 작동원리를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 증발부재와 지지부재를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 분사부와 증발부재를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 증발부의 모식도이다.
도 4는 도 2의 입구커버부의 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 증발부의 개별 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 증발부의 종 단면도로서, 작동원리를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 증발부재와 지지부재를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 분사부와 증발부재를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 설명하고자 한다. 참고로, 도면은 본 발명의 특징을 설명하기 위하여, 일부 과장되게 표현될 수도 있다. 이 경우, 본 명세서의 전 취지에 비추어 해석되는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따른 해수담수화 장치의 모식도이다. 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 증발부의 모식도이다.
본 발명에 따른 유입부 및 배출부를 가진 중공 구조로 구비된 몸체부; 상기 몸체부의 내부에 배치되는 증발부재; 상기 증발부재의 하측에 배치되어 증발부재로 해수를 분사하는 분사부를 갖는 증발부; 및 상기 몸체부의 배출부의 상측에 연통된 수증기 배출부를 통해 수증기가 이동되어 저장되는 담수 저장부를 포함하며, 상기 증발부의 몸체부는 횡방향으로 배치된 파이프 형상으로 구비되고, 상기 증발부의 몸체부는 투명한 재질로 구비되고, 증발부재는 중공구조의 몸체부의 중간높이 보다 아래에 배치되어, 상기 증발부재에 태양광이 직접 수광되며, 조사된 태양광에 의해 가열된 증발부재에서 분사된 해수가 증발될 수 있다.
본 발명에 따른 증발부재(120)는 다공성 재질로 구비될 수 있다.
증발부재(120)의 소재는 친수성, 기공성 및 열전도율이 우수한 소재를 사용하는 것이 적절하다. 본 발명에 있어서, 다공성 금속 소재 또는 카본 계열 소재를 사용하는 것이 적절하다. 본 발명에 따른 다공성 재질의 경우, 카본 폼, 그라파이트 펠트, 니켈 폼 등의 다공성 소재를 사용하는 것이 가능하다.
증발부재(120)는 태양광을 직접 수광하여 해수를 증발시키는 구성으로서, 증발부재(120)의 하측에는 염수를 분사하는 분사부(140)가 구비되며, 증발부재(120)의 상측은 증발부재(120)에서 증발된 수증기가 이동하는 공간이 구비될 수 있다.
증발부재(120)는 중공구조의 몸체부(110)의 소정의 높이에 배치될 수 있다. 증발부재(120)의 증발효율이 높을 수록 많은 수증기가 발생될 것이므로, 수증기 이동 공간도 더 많이 필요할 것이다. 따라서, 이러한 경우에는 증발부재(120)는 중간 아래 정도에 배치되는 것이 적절할 것이다.
본 발명에 따른 증발부재(120)는 다양한 형상으로 구비될 수 있다. 증발부(100)의 내부에 배치되는데, 분사부(140)에서 분사되는 염분과의 접촉면적이 넓을수록 증발효율이 증가하며, 증발부재(120)에 많은 태양광이 조사될 때 증발효율이 증가하게 될 것이다. 이에 다공성 재질로 구비된 증발부재(120)는 얇은 판상으로 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 증발부재(120)의 적어도 일측에는 증발부재(120)를 몸체부(110) 내부에 안착되도록 지지하는 지지부재(130)가 구비될 수 있다(도 7 참조).
몸체부(110) 내부로 해수가 공급될 때, 증발소재가 고정될 수 있도록 지지하는 지지부재(130)는 메쉬 구조로 되는 것이 적절하다. 또한, 염분에 의해 부식되는 것이 방지되도록 스테인레스 스틸 등의 재질로 구비되는 것이 적절하다.
본 발명에 있어서, 분사부(140)는 분사압력이 변동가능하게 구비되는 것이 바람직하다.
분사부(140)는 증발부재(120)에서 해수가 용이하게 증발되도록 분무 형태로 해수를 뿌려줄 수 있다. 분무형태로 분사되면, 해수와 증발부재(120)와의 열접촉 면적이 증가되어 증발효율이 증가될 것이다.
다만, 증발부재(120)에서 증발이 원활하게 진행되면, 다공성 재질로 된 증발부재(120)의 다공 부분 및 지지부재(130)의 메시 부분에 염분이 축적될 수 있다. 이와 같이 염분이 축적되면, 해수와 증발부재(120)의 열접촉 면적을 축소시키므로 증발효율은 감소될 것이다.
이와 같이 염분이 축적된 때에는 분사부(140)에서 강한 압력으로 해수를 분사하여, 증발부재(120)와 지지부재(130)를 세척할 수 있다. 세척된 염분은 아래로 낙하되며, 몸체부(110)의 아래 부분에는 고농도의 염수가 존재하게 된다.
본 발명은 고농도의 염수를 배출하기 위하여, 몸체부(110)의 하부 일 측에는 염수 배출부(160)가 구비되는 것이 가능하다.
별도의 배출펌프를 구비하는 실시예도 가능하다. 또한, 증발부(100)의 몸체부(110)는 유입부(111)보다 배출부(112)가 아래로 향하도록 기울어지게 배치시켜 고농도 염수가 별도의 동력장치가 없어도 중력에 의해 자연스럽게 아래로 흐르게 하면서 배출시키는 실시예도 가능하다.
본 발명에 있어서, 증발부재(120)를 통해 해수가 증발되면, 증발부재(120)의 상측에 수증기가 모이게 된다. 이에, 몸체부(110)의 유입부(111)에는 송풍팬(150)이 구비되어, 수증기가 배출부(112) 쪽으로 이동되게 할 수 있다.
본 발명에 따른 증발부(100)의 몸체부(110)는 태양광 에너지를 증발부재(120)에 용이하게 전달하기 위하여, 투명한 재질로 구비되는 것이 가능하다.
나아가, 본 발명에 있어서, 증발부(100)의 상측에는 집광부(300)가 더 구비되어, 태양광 에너지를 더 많이 증발부재(120)로 보내는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 집광부(300)는 프레넬 렌즈(fresnel lens)로 구비될 수 있다. 프레넬 렌즈는 증발부(100)의 측에 구비되어, 증발부재(120)에 빛이 집중적으로 공급될 수 있는 거리와 각도, 면적으로 구비될 수 있다.
프레넬 렌즈는 기존 광학 렌즈의 곡면을 일련의 동심홈(concentric groove)으로 대체한 렌즈이다. 이러한 외형은 개별 굴절면처럼 작용해 평행 광선을 일반적인 초점 길이로 굴곡시킬 수 있다. 결과적으로 프레넬 렌즈는 물리적으로 좁은 형태를 보여도 기존 광학 렌즈와 비슷하게 빛을 집중할 수 있어 보다 두꺼운 유사 렌즈에 비해 더 많은 장점을 가진 렌즈이다.
본 발명에 있어서, 집광부(300)을 축회전 시키는 구동부(400)가 더 구비될 수 있다. 태양의 고도각과 방위각을 추적하면서 프레넬 렌즈가 태양광을 계속 입사받기 위하여, 집광부(300)를 x축, y축, z축 등 다축 회전이 가능하도록 구비할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 증발부 110 : 몸체부
111 : 유입부 112 : 배출부
120 : 증발부재 130 : 지지부재
140 : 분사부 150 : 송풍팬
160 : 염수 배출부
200 : 담수 저장부 210 : 수증기 배출부
300 : 집광부 400 : 구동부
111 : 유입부 112 : 배출부
120 : 증발부재 130 : 지지부재
140 : 분사부 150 : 송풍팬
160 : 염수 배출부
200 : 담수 저장부 210 : 수증기 배출부
300 : 집광부 400 : 구동부
Claims (12)
- 유입부 및 배출부를 가진 중공 구조로 구비된 몸체부; 상기 몸체부의 내부에 배치되는 증발부재; 상기 증발부재의 하측에 배치되어 증발부재로 해수를 분사하는 분사부를 갖는 증발부; 및 상기 몸체부의 배출부의 상측에 연통된 수증기 배출부를 통해 수증기가 이동되어 저장되는 담수 저장부를 포함하며,
상기 증발부의 몸체부는 횡방향으로 배치된 파이프 형상으로 구비되고, 상기 증발부의 몸체부는 투명한 재질로 구비되고, 증발부재는 중공구조의 몸체부의 중간높이 보다 아래에 배치되어, 상기 증발부재에 태양광이 직접 수광되며, 조사된 태양광에 의해 가열된 증발부재에서 분사된 해수가 증발되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 증발부재는 다공성 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 증발부재의 적어도 일측에는 증발부재를 몸체부 내부에 안착되도록 지지하는 지지부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 지지부재는 메시 구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 분사부는 분사압력이 변동가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 몸체부의 하부 일 측에는 염수 배출부가 구비되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 증발부의 몸체부는 유입부보다 배출부가 아래로 향하도록 기울어지게 배치되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 몸체부의 유입부에는 송풍팬이 구비되어, 수증기가 배출부 쪽으로 이동되게 하는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 증발부의 상측에는 집광부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 집광부는 프레넬 렌즈(fresnel lens)로 구비되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 집광부을 축회전 시키는 구동부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 증발부가 구비된 해수담수화 장치.
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| JP3546155B2 (ja) * | 1999-08-11 | 2004-07-21 | 三菱重工業株式会社 | 竪型多段フラッシュ造水装置 |
| JP2016049480A (ja) * | 2014-08-29 | 2016-04-11 | 實野 孝久 | 太陽熱を用いた淡水化装置 |
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| KR101164486B1 (ko) * | 2009-12-04 | 2012-07-18 | 동양하이테크산업주식회사 | 열전달 매트를 구비한 해수담수화 장치 |
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2020
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Patent Citations (2)
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