KR102590267B1 - System Based on Energy Self-sufficient Solar-Capacitive DeIonization - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 태양 에너지 기반의 전력을 이용하여 유출수를 탈염하고 활용하기 위한 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템은, 태양광 또는 태양열을 이용해 전력을 생산하는 발전장치, 지하에 매설되고, 유출수를 수집하기 위한 지하저수조, 상기 생산된 전력으로 가동되고, 상기 지하저수조로부터 상기 유출수를 펌핑하고 전기이중층의 이온의 흡착 및 탈착 반응을 이용해 상기 유출수로부터 이온성 물질을 제거해 탈염된 생산수를 발생시키는 CDI 모듈, 상기 탈염된 생산수를 저장하는 생산수조, 및 상기 생산된 전력으로 가동되고, 상기 생산수조에 저장된 상기 생산수를 가압 펌핑하여 제공하기 위한 가압시스템을 포함하고, 상기 가압시스템에 연결된 수도관을 통하여 상기 생산수를 공급한다.The present invention relates to an energy-independent Solar-CDI system. The energy-independent Solar-CDI system for desalinating and utilizing runoff water using solar energy-based power of the present invention is a power generation system that produces electricity using solar energy or solar heat. A device, buried underground, an underground water tank for collecting runoff water, operated by the generated electric power, pumping the runoff water from the underground water tank and extracting ionic substances from the runoff water using adsorption and desorption reactions of ions in the electric double layer. It includes a CDI module that generates desalinated produced water, a production tank that stores the desalinated produced water, and a pressurization system that operates on the produced electricity and pressurizes and pumps the produced water stored in the production tank. And, the produced water is supplied through a water pipe connected to the pressurization system.
Description
본 발명은 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템에 관한 것으로, 특히, 친환경 에너지를 활용한 도심내 지하 유출수 처리 및 폭염 방지를 위한 스마트 시스템으로서, 기후 변화에 대응한 지하 유출수 처리 및 폭염 방지를 위한 에너지 자립형 Solar-CDI(솔라 축전식 탈염) 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an energy-independent Solar-CDI system. In particular, it is a smart system for treating underground runoff and preventing heat waves in the city using eco-friendly energy. It is an energy-independent Solar-CDI system for treating underground runoff in response to climate change and preventing heat waves. -This is about the CDI (solar capacitive deionization) system.
2017년도 국민안전처 보도자료에 따르면, 전국적으로 폭염으로 인해 매년 평균 1,059명의 온열질환자가 발생하고 11명이 사망하며, 가축 2,103천여 마리와 노루 5,675천여 마리가 폐사하는 피해가 발생하고 있다.
이러한 폭염은 물 부족, 전력사용 급증 등으로 인한 1~3차 산업에 직접적인 피해는 물론 불쾌지수 상승으로 사회적 문제 야기 등 많은 피해를 유발한다.
이에 따라, 국민안전처와 17개 시도 지자체에서는 특별교부세 29억원의 예산을 활용하여 7~8월 폭염피해에 대비하여 도로살수, 횡단보도 그늘막 설치, 무더위 쉼터 운영, 민관 협력 예방 홍보활동 등을 집중적으로 실시하고 있다.According to a 2017 press release from the Ministry of Public Safety and Security, heat waves nationwide cause an average of 1,059 heat-related illnesses and 11 deaths every year, and the death of 2,103,000 livestock and 5,675,000 roe deer.
These heat waves cause a lot of damage, including direct damage to primary and tertiary industries due to water shortages and rapid increases in power use, as well as social problems due to increased discomfort levels.
Accordingly, the Ministry of Public Safety and Security and 17 provinces and local governments are using a budget of 2.9 billion won in special grant taxes to prepare for damage from the heat wave in July and August by focusing on road spraying, installation of crosswalk shades, operation of heat wave shelters, and public-private cooperation prevention and promotional activities. It is being implemented.
또한, 최근 우리나라뿐만 아니라 전 세계에서 도심지 씽크홀(Sinkhole) 발생 사고 뉴스가 보도되고 있으며, 이러한 사회적 문제는 곧바로 국민의 불안감을 가중시켜 그 해결 방안 마련을 요구하고 있다.
도심지에서 발생되고 있는 씽크홀의 주요 원인은 지하공간 개발(지하철, 공동구, 자하차도, 지하주차장 등) 과정에서 나타난 지하수 유출에 따른 지반약화, 지반침하가 주요 원인으로 지적되고 있고, 이러한 지하수 유출 원인은 지하 건축물의 대부분이 방수 조치가 되어있지 않아 실내로 유입된 지하수를 영구유도배수로 배출하기 때문이다.
지난 2014년 언론보도 자료에서는 서울시 지하수위 지역에 따라 최대 16.1m가 낮아졌고, 특히 지하철 주변 지하수위는 13년간 평균 1.7m 낮아진 것으로 보도되고 있으며, 서울지하철, 건축물, 전력구, 통신구 등에서 하루 유출되는 지하수의 양은 약 17만 톤으로 추정하고 있다.
이렇게 유출되는 지하수는 주로 하수나 하천 등으로 방류되고 있고, 이는 2차적으로 지하수 고갈로 이어지며, 향후 더 심각한 수준일 것으로 판단된다.In addition, news of sinkhole accidents occurring in urban areas has been recently reported not only in Korea but also around the world, and this social problem is immediately increasing public anxiety and calling for a solution to the problem.
The main cause of sinkholes occurring in urban areas is ground weakening and ground subsidence due to groundwater leakage during the development of underground spaces (subways, utility ducts, driveways, underground parking lots, etc.), which are the causes of groundwater leakage. This is because most underground buildings do not have waterproofing measures, so groundwater that flows indoors is discharged through permanent induced drainage.
In a press release from 2014, the groundwater level in Seoul was lowered by up to 16.1m depending on the region, and in particular, the groundwater level around the subway was reported to have dropped by an average of 1.7m over the past 13 years, with daily leakage from the Seoul subway, buildings, power conduits, and communication conduits. The amount of groundwater is estimated to be about 170,000 tons.
Groundwater leaked in this way is mainly discharged into sewage or rivers, which secondarily leads to groundwater depletion, which is expected to become more serious in the future.
또한, 지하수 고갈 우려 문제뿐만 아니라, 지하유출수 내에 라듐, 미생물 등의 인체 유해 인자 유출에 따른 사회적 문제가 심각하게 야기될 수 있다.
현재, 이러한 지하유출수 재이용 및 처리를 위해 역삼투 공정을 활용하고 있다. 이러한 역삼투 공정은 고압펌프를 사용하기 때문에 높은 전력사용에 따른 운영비용 부담이 크고, 막 세정 등 전문적인 운영관리가 필요하기 때문에 용이성이 낮다는 한계가 있다.In addition, in addition to concerns about groundwater depletion, serious social problems may arise due to the leakage of substances harmful to the human body, such as radium and microorganisms, in underground runoff.
Currently, the reverse osmosis process is being used to reuse and treat such underground runoff water. Since this reverse osmosis process uses a high-pressure pump, the burden of operating costs is high due to high power use, and it has limitations in that it is not easy to operate because it requires specialized operation and management such as membrane cleaning.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 태양광이나 태양열을 이용해 친환경 발전으로 생산한 전력을 이용하여 CDI(Capacitive DeIonization, 축전식 탈염) 장치, 가압시스템 등을 가동하고, CDI 장치의 가동에 의해 지하유출수, 빗물 등으로부터 탈염된 생산수를 활용해 가압시스템으로 냉각용수, 살수용수나 조경용수 또는 시민용 위생용수 등으로 공급할 수 있고, 친환경 발전으로 생산한 전력을 인근 횡단보도 및 도로의 안전을 위한 조명 서비스에 이용할 수 있는, 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템을 제공하는 데 있다.Therefore, the present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is to develop a CDI (Capacitive DeIonization) device and a pressurization system using electricity produced by eco-friendly power generation using sunlight or solar heat. By operating the CDI device, produced water desalinated from underground runoff and rainwater can be used to supply cooling water, sprinkling water, landscaping water, or sanitary water for citizens through a pressurized system, and is produced through eco-friendly power generation. The goal is to provide an energy-independent Solar-CDI system that can use one electric power for lighting services for the safety of nearby crosswalks and roads.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템은, 태양 에너지 기반의 전력을 이용하여 유출수를 탈염하고 활용하기 위한 에너지 자립형 Solar-CDI(솔라-축전식 탈염) 시스템에 있어서, 지상에 설치된 지지대의 상단부에 설치되고, 상기 지지대의 하단부 주위에 그늘을 형성하도록 설치된, 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구; 및 상기 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구에서 출력되는 광전에너지 또는 열전에너지로부터 상기 전력을 생성하는 전력발생기를 포함하여, 태양광 또는 태양열을 이용해 전력을 생산하는 발전장치; 지하에 매설되고, 유출수를 수집하기 위한 지하저수조; 상기 생산된 전력으로 가동되고, 상기 지하저수조로부터 상기 유출수를 펌핑하고 전기이중층의 이온의 흡착 및 탈착 반응을 이용해 상기 유출수로부터 이온성 물질을 제거해 탈염된 생산수를 발생시켜, 지상에서 생산수조에 저장시키는 CDI(축전식 탈염) 모듈; 상기 탈염된 생산수를 저장하며, 지상에 설치된 생산수조; 및 상기 생산된 전력으로 가동되고, 상기 생산수조에 저장된 상기 생산수를 가압 펌핑하여 제공하기 위한 가압시스템을 포함하되, 상기 CDI 모듈은, 양극의 다공성 탄소전극 및 음극의 다공성 탄소전극 사이에 투과성 분리막을 포함하고, 상기 투과성 분리막은 침전성 고형물, 콜로이드성 고형물 및 용해성 고형물을 여과하며, 상기 CDI 모듈은, 상기 양극의 다공성 탄소전극, 상기 음극의 다공성 탄소전극 및 상기 투과성 분리막을 포함하는 구조물을 직렬 또는 병렬로 적층한 스택 구조로 제작되고; 상기 가압시스템에 연결된 수도관을 통하여 상기 생산수를 공급하고, 상기 가압시스템은, 상기 생산수를 차도나 보도의 냉각용수,살수용수로 활용하기 위해 쿨링포그시스템에 연결되거나, 상기 생산수를 주위 수목에 조경용수로 활용하기 위해 미리 설치된 조경 수도 파이프에 연결되거나, 또는 상기 생산수를 주위 시민용 위생용수로 활용하기 위해 미리 설치된 수도꼭지에 연결되며; 그리고 상기 발전장치에 의해 생산된 전력은, 주위 횡단보도 또는 도로에 설치된 조명 장치에 제공되어 활용되도록 하되, 지지대의 하단부 주위에 그늘을 형성하도록 상기 지지대 상에 태양전지 모듈을 구성하는 복수의 태양전지 패널을 설치하되, 상기 복수의 태양전지 패널은, 태양으로부터 많은 빛을 받고 상기 지지대의 하단부 주위에 많은 그늘을 형성할 수 있도록, 중첩되지 않도록 방사형으로 배치되도록 하거나, 지상으로부터의 높낮이가 서로 다르게 배치되어 고정되도록 하며, 상기 CDI 모듈은, 흡착되는 이온의 선택도를 높이기 위하여, 상기 양극의 다공성 탄소전극 및 상기 투과성 분리막 사이에 음이온교환막; 및 상기 음극의 다공성 탄소전극 및 상기 투과성 분리막 사이에 양이온교환막을 포함하여, 지하저수조로부터 수집된 유출수를 펌프로 펌핑하여 전기이중층의 이온의 흡착 및 탈착 반응을 이용해 상기 유출수로부터 이온성 물질을 제거해 탈염된 생산수를 발생하도록 하게 된다.First, to summarize the features of the present invention, the energy self-sufficient Solar-CDI system according to one aspect of the present invention to achieve the above object is an energy self-sufficient Solar-CDI system for desalinating and utilizing runoff water using solar energy-based power. A CDI (solar-capacitive deionization) system comprising: a solar cell module or solar heat collection device installed at the upper end of a support installed on the ground and installed to form a shade around the lower end of the support; and a power generator that generates the power from photoelectric energy or thermoelectric energy output from the solar cell module or solar heat collection device, and a power generation device that generates power using sunlight or solar heat. An underground water tank buried underground to collect runoff water; It is operated by the generated electric power, pumps the effluent from the underground water storage tank, removes ionic substances from the effluent using the adsorption and desorption reaction of ions in the electric double layer, generates desalinated produced water, and stores it in the production tank on the ground. CDI (capacitive deionization) module; a production tank installed on the ground and storing the desalinated produced water; and a pressurization system operated by the generated electric power to pressurize and pump the produced water stored in the production tank, wherein the CDI module includes a permeable separator between the porous carbon electrode of the anode and the porous carbon electrode of the cathode. It includes, wherein the permeable membrane filters precipitated solids, colloidal solids, and soluble solids, and the CDI module is a structure including the porous carbon electrode of the anode, the porous carbon electrode of the cathode, and the permeable membrane in series. or manufactured in a stack structure stacked in parallel; The produced water is supplied through a water pipe connected to the pressurization system, and the pressurization system is connected to a cooling fog system to use the produced water as cooling water or spray water for driveways or sidewalks, or to distribute the produced water to surrounding trees. It is connected to a pre-installed landscaping water pipe to use the produced water as landscaping water, or to a pre-installed faucet to use the produced water as sanitary water for surrounding citizens; In addition, the power produced by the power generation device is provided and utilized to lighting devices installed on surrounding crosswalks or roads, and a plurality of solar cells forming a solar cell module on the support so as to form a shade around the lower end of the support. When installing panels, the plurality of solar cell panels are arranged radially so as not to overlap, so as to receive a lot of light from the sun and form a lot of shade around the lower part of the support, or are arranged at different heights from the ground. The CDI module includes an anion exchange membrane between the porous carbon electrode of the anode and the permeable separator to increase the selectivity of adsorbed ions. and a cation exchange membrane between the porous carbon electrode of the cathode and the permeable separator, to pump the effluent collected from the underground water tank and remove ionic substances from the effluent using the adsorption and desorption reactions of ions in the electric double layer for desalination. This will generate the required number of production.
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본 발명에 따르면, 태양광이나 태양열을 이용한 친환경 발전으로 이산화탄소 배출 저감에 기여하며, CDI 장치에 의해 지하유출수, 빗물 등으로부터 탈염된 생산수를 방류 또는 활용함으로써 도심지 등에서 발생되는 지하유출수 하천방류로 인한 지하수 고갈을 예방하고, 지하유출수 내의 라듐, 미생물 등 인체유해인자 유출을 막을 수 있다.According to the present invention, eco-friendly power generation using sunlight or solar heat contributes to the reduction of carbon dioxide emissions, and by discharging or utilizing produced water desalinated from underground runoff, rainwater, etc. by a CDI device, It can prevent groundwater depletion and prevent the leakage of factors harmful to the human body, such as radium and microorganisms, in underground water runoff.
본 발명에 따르면, 지하유출수나 빗물을 처리한 탈염된 생산수를 활용해 살수용수, 조경용수, 위생용수로 활용하여, 극심한 폭염을 방지할 수 있고, 주위 조경수의 고사를 막을 수 있으며 인근 시민 사용자들의 식수 등으로 활용이 가능하다.According to the present invention, desalinated produced water treated with underground runoff or rainwater can be used as water for sprinkling, landscaping, and sanitation, thereby preventing extreme heat waves, preventing the withering of surrounding landscaping trees, and preventing the use of nearby citizen users. It can be used for drinking water, etc.
본 발명에 따르면, 태양광이나 태양열 에너지를 활용하여 도심내 도로, 횡단보도 등 시민 안전을 위한 스마트 조명서비스를 위한 전력으로 활용할 수 있다.According to the present invention, sunlight or solar energy can be utilized as power for smart lighting services for citizen safety, such as on urban roads and crosswalks.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 설치 구조를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력발생기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CDI 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템의 설치 활용예를 설명하기 위한 도면이다.The accompanying drawings, which are included as part of the detailed description to aid understanding of the present invention, provide embodiments of the present invention and explain the technical idea of the present invention along with the detailed description.
Figure 1 is a diagram for explaining an energy self-sufficient Solar-CDI system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram illustrating the installation structure of a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram for explaining a power generator according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flowchart for explaining the operation of an energy self-sufficient Solar-CDI system according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining a CDI module according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram for explaining an example of installation and use of an energy self-sufficient Solar-CDI system according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. At this time, the same components in each drawing are indicated by the same symbols whenever possible. Additionally, detailed descriptions of already known functions and/or configurations will be omitted. The content disclosed below focuses on the parts necessary to understand operations according to various embodiments, and descriptions of elements that may obscure the gist of the explanation are omitted. Additionally, some components in the drawings may be exaggerated, omitted, or shown schematically. The size of each component does not entirely reflect the actual size, and therefore the content described here is not limited by the relative sizes or spacing of the components drawn in each drawing.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. The terminology used in the detailed description is only for describing embodiments of the present invention and should in no way be limiting. Unless explicitly stated otherwise, singular forms include plural meanings. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and one or more than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other characteristic, number, step, operation, element, or part or combination thereof.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In addition, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used for the purpose of distinguishing one component from another component. It is used only as
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템을 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a diagram for explaining an energy self-sufficient Solar-CDI system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 태양 에너지 기반의 전력을 이용하여 유출수를 탈염하고 활용하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템(100)은, 발전장치, 지하저수조(120), CDI 모듈(130), 생산수조(140) 및 가압시스템(150)을 포함한다.Referring to Figure 1, the energy self-sufficient Solar-
발전장치는 태양광 또는 태양열을 이용해 전력을 생산하며, 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구(111) 및 전력발생기(112)를 포함한다. 이러한 발전장치를 통해 생성된 전력은 CDI 모듈(130) 및 가압시스템(150)에 공급되고, 그 외에도 주위 횡단보도 또는 도로에 설치된 조명 장치 등에 더 제공되어 활용된다.The power generation device produces power using sunlight or solar heat and includes a solar cell module or solar
구체적으로, 상기 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구(111)는, 지상에 설치된 지지대(115)의 상단부에 설치되고, 상기 지지대(115)의 하단부 주위에 그늘을 형성하도록 설치된다. 또한, 상기 전력발생기(112)는 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구(111)에서 출력되는 광전에너지 또는 열전에너지로부터 전력을 생성한다.Specifically, the solar cell module or solar
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 설치 구조를 예시하는 도면이다.Figure 2 is a diagram illustrating the installation structure of a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 태양전지 모듈을 구성하는 복수의 태양전지 패널(119)은 지지대(115)의 하단부 주위에 그늘을 형성하도록 상기 지지대(115) 상에 적절히 배치될 수 있다.
예를 들면, 상기 복수의 태양전지 패널(119)은, 태양으로부터 많은 빛을 받고 상기 지지대(115)의 하단부 주위에 많은 그늘을 형성할 수 있도록, 도 2의 (a)와 같이 중첩되지 않도록 방사형으로 배치될 수 있고, 또는 도 2의 (a)와 같이 지상으로부터의 높낮이가 서로 다르게 배치되어 고정될 수 있다.Referring to FIG. 2, a plurality of
For example, the plurality of
여기서, 태양전지 모듈을 구성하는 복수의 태양전지 패널(119)을 예시하였으나, 태양열 집열기구를 구성하는 복수의 집열장치 역시 이와 같은 방식으로 배치될 수 있다.Here, a plurality of
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전력발생기(112)를 설명하기 위한 도면이다.Figure 3 is a diagram for explaining the
도 3을 참조하면, 전력발생기(112)는, 전력 변환기(310) 및 2차 전지 등의 에너지 저장장치(320)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the
전력 변환기(310)는, 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구(111)에서 출력되는 광전에너지(태양전지 모듈에서 광전변환된 에너지) 또는 열전에너지(태양열 집열기구에서 열전변환된 에너지)로부터 CDI 모듈(130), 가압시스템(150), 조명 장치 등에 제공될 소정의 전압과 전류의 공급 능력을 가진 전력을 생성한다.
여기서, 태양열 집열기구는 집열장치에서 집열된 태양열을 전기적 에너지로 변환하는 변환모듈을 포함할 수 있다. 이때, 상기 변환모듈은 반도체 소자일 수도 있고, 터빈을 작동시켜 전기를 발생시키는 장치일 수도 있다.The
Here, the solar heat collection device may include a conversion module that converts solar heat collected in the heat collector into electrical energy. At this time, the conversion module may be a semiconductor device or a device that generates electricity by operating a turbine.
전력 변환기(310)는, CDI 모듈(130), 가압시스템(150), 조명 장치 등의 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템(100)에 전력을 공급하고 남는 전력을 에너지 저장장치(320)에 저장하고, 우천 시 등의 경우와 같이 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구(111)에서 에너지 발생이 없는 경우에 에너지 저장장치(320)로부터 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템(100)의 CDI 모듈(130), 가압시스템(150), 조명 장치 등 각 전력 요구 부분들에 전력을 공급할 수 있다.The
지하저수조(120)는 지하에 매설되고, 유출수를 수집한다. 여기서, 유출수는 건축물, 전력구, 통신구, 지하철 등 설치 지역 주위에서 우수 등을 통해 지하로 흘러 유출되는 물이다. 이때, 상기 지하저수조(120)는 수집되는 유출수로부터 부유물과 유기물을 여과하기 위한 여과기(121)를 포함할 수 있다.The
지하저수조(120)에 수집된 유출수는 상기 CDI 모듈(130)로 공급되며, 이때, 상기 CDI 모듈(130)로 지하저수조(120)에 수집된 유출수를 공급하기 전에 여과기(121)를 통과한 유출수가 상기 CDI 모듈(130)로 공급되도록 할 수 있다.The runoff water collected in the
CDI(Capacitive DeIonization) 모듈(130)은 발전장치에서 생산된 전력으로 펌프를 가동하며, 상기 지하저수조(120)로부터 상기 수집된 유출수를 상기 펌프로 펌핑하여 전기이중층의 이온의 흡착 및 탈착 반응을 이용해 상기 유출수로부터 이온성 물질을 제거해 탈염된 생산수를 발생시킨다.The CDI (Capacitive DeIonization)
생산수조(140)는 상기 CDI 모듈(130)에서 나오는 탈염된 생산수를 저장한다. 이러한 생산수조(140)는 지상 또는 지하에 설치될 수 있지만, 다만, 생산수의 방류, 및 깨끗한 시설 환경을 위하여 지하에 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 생산수조(140)의 바닥면 또는 측면 벽면 중 하나 이상에 방류구(141)를 포함할 수 있다.
이러한 방류구(141)는 생산수를 지하수 공급을 위해 방류되도록 하기 위한 것으로, 필요시에 방류구(141)의 개폐를 위한 개폐기를 포함할 수 있고, 상기 개폐기는 수동 또는 전기적으로 개폐가 작동될 수 있다. 이에 따라, 상기 방류구(141)에 의해 지하수가 공급됨으로써 지하수 유출에 따른 지반약화, 지반침하 또는 씽크홀 등의 발생을 방지할 수 있다.The
This
가압시스템(150)은 상기 발전장치에서 생산된 전력으로 펌프를 가동하며, 상기 생산수조(140)에 저장된 생산수를 상기 펌프로 가압 펌핑하여, 상기 가압시스템(150)에 연결된 수도관(151)을 통하여 상기 생산수를 쿨링포그시스템, 조경수, 음용 수도꼭지 등으로 제공할 수 있다.The
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템(100)의 동작 설명을 위한 흐름도이다.Figure 4 is a flowchart for explaining the operation of the energy self-sufficient Solar-
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템(100)을 이용한 생산수 공급 방법은, a) 태양광 또는 태양열을 이용해 전력을 생산하는 단계(S110), b) 지하에 매설된 지하저수조(120)에 유출수를 수집하는 단계(S120), c) CDI 모듈(130)에서 지하저수조(120)로부터 유출수를 펌핑하고 탈염된 생산수를 발생시키는 단계(S130), d) 탈염된 생산수를 생산수조(140)에 저장하는 단계(S140) 및 e) 가압시스템(150)에서 생산수조(140)에 저장된 생산수를 가압 펌핑하여 수도관을 통하여 제공하는 단계(S150)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 4, the method of supplying produced water using the energy self-sufficient Solar-
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먼저, 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구(111)는, 도심지 횡단보도, 도로, 공원, 버스정류장, 무더위 쉼터 등에 폭염을 저감하도록 그늘막형으로 설치될 수 있으며, 전력발생기(112)는 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구(111)에서 출력되는 광전에너지 또는 열전에너지로부터 전력을 생성한다(S110).
구체적으로, 상기 전력발생기(112)는 CDI 모듈(130), 가압시스템(150), 조명 장치 등의 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템(100)에 전력을 공급하고 남는 전력을 에너지 저장장치(320)에 저장하고, 우천 시 등의 경우와 같이 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구(111)에서 에너지 발생이 없는 경우에 에너지 저장장치(320)로부터 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템(100)의 CDI 모듈(130), 가압시스템(150) 등 각 전력 요구 부분들에 전력을 공급할 수 있다.
필요에 따라 발전장치 또는 전력발생기(112)는 주위 횡단보도 또는 도로 등에 설치된 조명 장치에 상기 전력을 제공하여 활용될 수 있다.First, the solar cell module or solar
Specifically, the
If necessary, the power generation device or
다음으로, 도심지 횡단보도, 도로, 공원, 버스정류장, 무더위 쉼터 등에 설치된 그늘막형 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구(111) 주위에는, 지하에 지하저수조(120)가 매설되며, 건축물, 전력구, 통신구, 지하철 등 설치 지역 주위에서 우수 등을 통해 지하로 흘러 유출되는 유출수는 지하저수조(120)에 수집된다(S120).Next, an underground water storage tank (120) is buried underground around the shade-type solar cell modules or solar heat collection devices (111) installed in urban crosswalks, roads, parks, bus stops, and hot summer shelters, and are installed in buildings, power outlets, and communications. Runoff water that flows underground through rainwater from around the installation area, such as in a district or subway, is collected in an underground water tank (120) (S120).
다음으로, CDI 모듈(130)에서는 지하저수조(120)로부터 유출수를 펌핑하고 탈염된 생산수를 발생시키고(S130), 탈염된 생산수를 생산수조(140)에 저장한다. 이때, 상기 지하저수조(120)에 수집된 유출수를 상기 CDI 모듈(130)로 공급하기 전에 상기 지하저수조(120)의 여과기(121)를 통과한 유출수가 상기 CDI 모듈(130)로 공급되도록 할 수 있다.Next, the
CDI 모듈(130)은 발전장치에서 생산된 전력으로 펌프를 가동하며, 지하저수조(120)로부터 상기 수집된 유출수를 상기 펌프로 펌핑하여 전기이중층의 이온의 흡착 및 탈착 반응을 이용해 상기 유출수로부터 이온성 물질을 제거해 탈염된 생산수를 발생시킨다.
이때, 생산수조(140)의 바닥면 또는 측면 벽면 중 하나 이상에 방류구(141)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 방류구(141)는 생산수를 지하수 공급을 위해 방류되도록 하기 위한 것으로서, 필요시에 방류구(141)의 개폐를 위한 개폐기를 포함할 수 있고, 상기 개폐기는 수동 또는 전기적으로 개폐가 작동될 수 있다. 이에 따라, 방류구(141)에 의해 지하수가 공급됨으로써 지하수 유출에 따른 지반약화, 지반침하 또는 씽크홀 등의 발생을 방지할 수 있다.The
At this time, the
Specifically, the
CDI 모듈(130)에 적용된 축전식 탈염(CCDI) 기술은 하전된 전극 계면에 형성되는 전기이중층(EDL)에서의 이온 흡착 및 탈착 반응을 이용하여 원수 내 이온성 물질을 제거하는 기술이다.
이러한 축전식 탈염 기술에서, 하전된 전극 표면에서 이온들의 흡착 및 탈착 과정을 설명하면, 먼저, 물의 전기분해반응이 일어나지 않는 전위범위 내에서 전압을 인가하면 전극에는 일정한 전하량이 하전된다.
이후, 하전된 전극에 이온을 포함한 염수(brine water)를 통과시키면 하전된 전극과 반대 전하를 가진 이온들이 정전기력에 의해 각각의 전극으로 이동하여 전극 표면에 흡착되고, 전극을 통과한 물은 이온이 제거된 순수(desalinated water)가 된다.
이때, 전극에 흡착되는 이온의 양은 사용된 전극의 정전용량(Capacitance)에 따라 결정되기 때문에 CDI 모듈(130)에 사용되는 전극은 비표면적이 큰 다공성 탄소전극(Carbon Electrode)이 일반적으로 사용된다. 또한, 전극의 흡착 용량이 포화되면 더 이상의 이온을 흡착할 수 없게 되어 유입수의 이온들이 그대로 유출수로 나오게 된다.
이때, 전극에 흡착된 이온들을 탈착시키기 위하여, 전극들을 쇼트(short) 시키거나 전극에 흡착전위와 반대 전위를 인가하면, 전극은 전하를 잃거나 반대 전하를 갖게 되고 흡착된 이온들은 빠르게 탈착되어전극의 재생이 이루어지게 된다.
이러한 축전식 탈염(CDI) 기술은 전극의 전위만을 변화시켜서 흡착과 탈착이 이루어지기 때문에 공정의 운전이 매우 간편하고, 또한, 탈염 과정에서 환경오염 물질을 배출하지 않기 때문에 환경친화적인 탈염 공정으로 알려져 있다.Capacitive deionization (CCDI) technology applied to the
In this capacitive desalination technology, when explaining the process of adsorption and desorption of ions on the surface of a charged electrode, first, when a voltage is applied within a potential range where water electrolysis does not occur, the electrode is charged with a certain amount of charge.
Afterwards, when brine water containing ions is passed through the charged electrode, ions with an opposite charge to the charged electrode move to each electrode by electrostatic force and are adsorbed on the electrode surface, and the water passing through the electrode becomes ionized. It becomes desalinated water.
At this time, since the amount of ions adsorbed on the electrode is determined by the capacitance of the electrode used, the electrode used in the
At this time, in order to desorb the ions adsorbed on the electrode, if the electrodes are short-circuited or a potential opposite to the adsorption potential is applied to the electrode, the electrode loses its charge or acquires an opposite charge, and the adsorbed ions are quickly desorbed to the electrode. regeneration takes place.
This capacitive desalination (CDI) technology is very easy to operate because adsorption and desorption are achieved by only changing the potential of the electrode. Additionally, it is known as an environmentally friendly desalination process because it does not emit environmental pollutants during the desalination process. there is.
본 발명의 실시예에서는 이러한 축전식 탈염(CDI) 기술을 개량한 막 축전식 탈염(Membrane Capacitive Deionization Device: MCDI) 모듈을 CDI 모듈(130)에 적용함으로써, 전극 표면에 이온교환막을 형성하여 흡착되는 이온의 선택도를 높일 수 있도록 하였다.In an embodiment of the present invention, a membrane capacitive deionization device (MCDI) module, which is an improved version of the capacitive deionization (CDI) technology, is applied to the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CDI 모듈(130)을 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining the
도 5를 참조하면, CDI 모듈(130)은 양극의 다공성 탄소전극(311) 및 음극의 다공성 탄소전극(312) 사이에 투과성 분리막(315)을 포함할 수 있다.
CDI 모듈(130)은 양극의 다공성 탄소전극(311) 및 음극의 다공성 탄소전극(312) 사이에 투과성 분리막(315)을 갖는 구조물을, 직렬 또는 병렬로 다수 적층하여 유출수가 직렬 또는 병렬로 통과될 수 있도록 한 스택 구조로 제작될 수 있다.
투과성 분리막(315)은 침전성 고형물(예, 직경 100㎛ 초과), 콜로이드성 고형물(예를 들면, 저분자 콜로이드성 고형물 직경 0.01~1㎛, 고분자 콜로이드성 고형물 직경 1~100㎛), 용해성 고형물(예, 직경 10 옴스트롱 이하) 등을 여과한다. 이러한 유출수와 같은 물 속에서 콜로이드성 물질은 주로 작은 크기와 높은 표면적을 갖고 있으며 대개 유출수 등에서는 융해성 고형물 69%, 콜로이드성 고형물 6%, 분자량이 매우 큰 콜로이드성 고형물 11%, 침전성 고형물 14%가 함유되어 있다.
고형물의 화학적 조성은 알려진 바 없으나 무기물인 경우는 알루미늄 실리케이트 진흙이거나 철, 알루미늄, 그리고 실리카의 무기성 콜로이드이며, 유기물인 경우는 단백질, 탄수화물, 지방, 기름 그리고 여러 종류의 합성세제 등이 있다.
또한 박테리아, 바이러스 등과 같은 콜로이드성 물질들도 CDI 모듈(130)의 분리막(315)의 오염원으로 존재한다. 나아가, 암모니아성 질소, 질산성 질소 및 인산염인 등의 영양염류, 칼슘, 마그네슘, 황산, 염소이온 등 용존염류 등이 위와 같은 고형물에 포함될 수 있다.Referring to FIG. 5, the
The
The
The chemical composition of solids is unknown, but inorganic materials include aluminum silicate mud or inorganic colloids of iron, aluminum, and silica, and organic materials include proteins, carbohydrates, fats, oils, and various types of synthetic detergents.
Additionally, colloidal substances such as bacteria and viruses also exist as a source of contamination of the
도 5와 같이, 흡착되는 이온의 선택도를 높이기 위하여, CDI 모듈(130)은, 양극의 다공성 탄소전극(311) 및 투과성 분리막(315) 사이에 배치된 음이온교환막(313), 및 음극의 다공성 탄소전극(312) 및 투과성 분리막(315) 사이에 배치된 양이온교환막(314)을 더 포함할 수 있다.
또한, CDI 모듈(130)은 양극의 다공성 탄소전극(311), 음이온교환막(313), 음극의 다공성 탄소전극(312), 양이온교환막(314), 투과성 분리막(315)을 갖는 구조물을, 직렬 또는 병렬로 다수 적층하여 유출수가 직렬 또는 병렬로 통과될 수 있도록 한 스택 구조로 제작될 수 있다.As shown in Figure 5, in order to increase the selectivity of the adsorbed ions, the
In addition, the
전극들(311, 312) 사이에 인가되는 전압은 1.2V~1.5V일 수 있다. CDI 모듈(130)은, 충전-휴지-방전-휴지 과정을 1 사이클(cycle)로 운전되며, 사이클 운전을 반복하여 탈염된 생산수를 생산할 수 있다.
구체적으로, 충전은, 전극들(311, 312) 사이에 순전압(Forward Voltage)을 인가하여 유입된 유출수 내의 이온을 흡착하는 과정으로서 탈이온된 또는 탈염된 물을 생산수로서 생산한다.
또한, 상기 방전은, 전극들(311, 312) 사이에 역전압(Backward Voltage)을 인가하여 각각의 전극(311, 312)에 흡착된 이온을 탈착하는 과정으로서, 이를 통하여 회수되는 농축된 무기염류 등이 포함된 폐수를 회수조에 저장하여 별도로 폐기되도록 할 수 있다.
또한, 상기 휴지는 전극들(311, 312) 사이에 전압을 인가하지 않고 유출수를 투과성 분리막(315)을 통해 흘려주는 개념으로 충전과 방전 사이의 안정화 과정이다.The voltage applied between the
Specifically, charging is a process of adsorbing ions in inflowed effluent water by applying a forward voltage between the
In addition, the discharge is a process of desorbing ions adsorbed on each electrode (311, 312) by applying a reverse voltage between the electrodes (311, 312), and the concentrated inorganic salts recovered through this Wastewater containing such substances can be stored in a recovery tank and disposed of separately.
In addition, the pause is a stabilization process between charging and discharging with the concept of flowing the effluent through the
지하 유출수 농도 기준 880~3,200mg/L TDS 농도에서, 종래의 역삼투 공정을 이용할 때 에너지 소비가 1.0~1.2kWh/㎥ 인 반면, 본 발명의 CDI 모듈(130)을 통한 축전식 탈염(CDI) 기술을 이용하면, 에너지 소비가 0.2~0.8kWh/㎥ 로 1.5~5배 이상 전력사용량을 절감할 수 있음을 확인하였다.
본 발명의 실시예에 따르면. 태양광 또는 태양열 에너지를 활용하여 운영되기 때문에 에너지 자립이 가능하다는 장점이 있다.At a TDS concentration of 880 to 3,200 mg/L based on the underground effluent concentration, energy consumption is 1.0 to 1.2 kWh/㎥ when using a conventional reverse osmosis process, while capacitive desalination (CDI) through the
According to an embodiment of the present invention. Since it is operated using sunlight or solar energy, it has the advantage of being energy independent.
한편, 가압시스템(150)에서는 CDI 모듈(130)을 통해 공급되어 생산수조(140)에 저장된 생산수를 가압 펌핑하여 수도관(151)을 통하여 쿨링포그시스템, 조경수, 음용 수도꼭지 등으로 제공할 수 있다(S150). 이때, 가압시스템(150)은 발전장치에서 생산된 전력으로 펌프를 가동하며, 생산수조(140)에 저장된 생산수를 상기 펌프로 가압 펌핑한다.Meanwhile, the
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템(100)의 설치 활용예를 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a diagram for explaining an example of installation and use of the energy self-sufficient Solar-
도 6을 참조하면, 가압시스템(150)은, CDI 모듈(130)을 통해 공급되는 생산수를 차도나 보도의 냉각용수,살수용수로 활용하기 위해 수도관(151)을 통해 쿨링포그시스템(610)에 연결을 통해 생산수를 공급할 수 있으며, 상기 생산수를 주위 수목에 조경용수로 활용하기 위해 수도관(151)을 통해 미리 설치된 조경 수도 파이프(620)에 연결을 통해 상기 생산수를 공급할 수도 있다.
또는 가압시스템(150)은, 상기 생산수를 주위 시민용 위생용수로 활용하기 위해 수도관(151)을 통해 미리 설치된 수도 꼭지(630)에 연결을 통해 상기 생산수를 공급할 수도 있다.
위에서도 기술한 바와 같이, 필요에 따라 발전장치 또는 전력발생기(112)는 주위 횡단보도 또는 도로 등에 설치된 조명 장치(640)에 자체 생산한 상기 전력을 제공하여 활용되도록 할 수 있다. 이외에도 가압시스템(150)을 통하여 필요한 곳곳에 깨끗한 물을 공급할 수 있으며, 발전장치를 통하여 필요한 곳곳에 전력을 공급할 수 있다.Referring to FIG. 6, the
Alternatively, the
As described above, if necessary, the power generation device or
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템(100)은, 태양광이나 태양열을 이용해 친환경 발전으로 생산한 전력을 이용하여 CDI 모듈(130), 가압시스템(150) 등을 가동하고, CDI 모듈(130)의 가동에 의해 지하유출수, 빗물 등으로부터 탈염된 생산수를 활용해 가압시스템(150)으로 냉각용수,살수용수나 조경용수 또는 시민용 위생용수 등으로 공급할 수 있다.
또한, 상기 친환경 발전으로 생산한 전력을 인근 횡단보도 및 도로의 안전을 위한 조명 서비스에 이용할 수 있다.As described above, the energy self-sufficient Solar-
In addition, the power produced by the eco-friendly power generation can be used for lighting services for the safety of nearby crosswalks and roads.
본 발명에 따른 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템(100)에 따르면, 태양광이나 태양열을 이용한 친환경 발전으로 이산화탄소 배출 저감에 기여하며, CDI 모듈(130)에 의해 지하유출수, 빗물 등으로부터 탈염된 생산수를 방류 또는 활용함으로써 도심지 등에서 발생되는 지하유출수 하천방류로 인한 지하수 고갈을 예방하고, 지하유출수 내의 라듐, 미생물 등 인체유해인자 유출을 막을 수 있다.
또한, 지하유출수나 빗물을 처리한 탈염된 생산수를 활용해 살수용수, 조경용수, 위생용수로 활용하여, 극심한 폭염을 방지할 수 있고, 주위 조경수의 고사를 막을 수 있으며 인근 시민 사용자들의 식수 등으로 활용이 가능하다.
그리고, 태양광이나 태양열 에너지를 활용하여 도심내 도로, 횡단보도 등 시민 안전을 위한 스마트 조명서비스를 위한 전력으로 활용할 수 있다.According to the energy self-sufficient Solar-
In addition, desalinated produced water treated with underground runoff or rainwater can be used as water for sprinkling, landscaping, and sanitary purposes, preventing extreme heat waves, preventing the withering of surrounding landscaping trees, and providing drinking water for nearby citizen users. It is possible to utilize it.
In addition, sunlight or solar energy can be used as power for smart lighting services for citizen safety, such as on urban roads and crosswalks.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with specific details such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is only provided to facilitate a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and the scope of the patent claims described later as well as all technical ideas that are equivalent or equivalent to the scope of this patent claim are included in the scope of the rights of the present invention. It should be interpreted as
111: 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구
112: 전력발생기
115: 지지대
119: 태양전지 패널
120: 지하저수조
130: CDI 모듈
140: 생산수조
150: 가압시스템
151: 수도관111: Solar cell module or solar heat collection device
112: Power generator
115: support
119: solar panel
120: Underground water tank
130: CDI module
140: Production tank
150: Pressurization system
151: water pipe
Claims (18)
지상에 설치된 지지대(115)의 상단부에 설치되고, 상기 지지대의 하단부 주위에 그늘을 형성하도록 설치된, 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구(111); 및 상기 태양전지 모듈 또는 태양열 집열기구(111)에서 출력되는 광전에너지 또는 열전에너지로부터 상기 전력을 생성하는 전력발생기(112)를 포함하여, 태양광 또는 태양열을 이용해 전력을 생산하는 발전장치;
지하에 매설되고, 유출수를 수집하기 위한 지하저수조(120);
상기 생산된 전력으로 가동되고, 상기 지하저수조로부터 상기 유출수를 펌핑하고 전기이중층의 이온의 흡착 및 탈착 반응을 이용해 상기 유출수로부터 이온성 물질을 제거해 탈염된 생산수를 발생시켜, 지상에서 생산수조(140)에 저장시키는 CDI(축전식 탈염) 모듈(130);
상기 탈염된 생산수를 저장하며, 지상에 설치된 생산수조(140); 및
상기 생산된 전력으로 가동되고, 상기 생산수조에 저장된 상기 생산수를 가압 펌핑하여 제공하기 위한 가압시스템(150)을 포함하되,
상기 CDI 모듈(130)은, 양극의 다공성 탄소전극 및 음극의 다공성 탄소전극 사이에 투과성 분리막을 포함하고, 상기 투과성 분리막은 침전성 고형물, 콜로이드성 고형물 및 용해성 고형물을 여과하며, 상기 CDI 모듈(130)은, 상기 양극의 다공성 탄소전극, 상기 음극의 다공성 탄소전극 및 상기 투과성 분리막을 포함하는 구조물을 직렬 또는 병렬로 적층한 스택 구조로 제작되고;
상기 가압시스템(150)에 연결된 수도관(151)을 통하여 상기 생산수를 공급하고, 상기 가압시스템(150)은, 상기 생산수를 차도나 보도의 냉각용수,살수용수로 활용하기 위해 쿨링포그시스템에 연결되거나, 상기 생산수를 주위 수목에 조경용수로 활용하기 위해 미리 설치된 조경 수도 파이프에 연결되거나, 또는 상기 생산수를 주위 시민용 위생용수로 활용하기 위해 미리 설치된 수도꼭지에 연결되며; 그리고
상기 발전장치에 의해 생산된 전력은, 주위 횡단보도 또는 도로에 설치된 조명 장치에 제공되어 활용되도록 하되,
지지대(115)의 하단부 주위에 그늘을 형성하도록 상기 지지대(115) 상에 태양전지 모듈을 구성하는 복수의 태양전지 패널(119)을 설치하되, 상기 복수의 태양전지 패널(119)은, 태양으로부터 많은 빛을 받고 상기 지지대(115)의 하단부 주위에 많은 그늘을 형성할 수 있도록, 중첩되지 않도록 방사형으로 배치되도록 하거나, 지상으로부터의 높낮이가 서로 다르게 배치되어 고정되도록 하며, 상기 CDI 모듈은, 흡착되는 이온의 선택도를 높이기 위하여, 상기 양극의 다공성 탄소전극 및 상기 투과성 분리막 사이에 음이온교환막; 및 상기 음극의 다공성 탄소전극 및 상기 투과성 분리막 사이에 양이온교환막을 포함하여, 지하저수조(120)로부터 수집된 유출수를 펌프로 펌핑하여 전기이중층의 이온의 흡착 및 탈착 반응을 이용해 상기 유출수로부터 이온성 물질을 제거해 탈염된 생산수를 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템.In the energy-independent Solar-CDI (solar-capacitive desalination) system for desalinating and utilizing runoff water using solar energy-based power,
A solar cell module or solar heat collection device 111 installed on the upper end of a support 115 installed on the ground to form a shade around the lower end of the support; and a power generator 112 that generates the power from photoelectric energy or thermoelectric energy output from the solar cell module or solar heat collection device 111, and a power generation device that produces power using sunlight or solar heat.
An underground water tank (120) buried underground and used to collect runoff water;
It is operated with the generated electric power, pumps the effluent from the underground water storage tank, removes ionic substances from the effluent using the adsorption and desorption reaction of ions of the electric double layer, and generates desalinated produced water, producing a production water tank (140) on the ground. ) a CDI (capacitive desalination) module (130) stored in;
A production tank 140 installed on the ground and storing the desalinated produced water; and
A pressurization system 150 operated by the generated electric power and provided by pressurizing and pumping the produced water stored in the production tank,
The CDI module 130 includes a permeable membrane between the porous carbon electrode of the anode and the porous carbon electrode of the cathode, and the permeable membrane filters precipitated solids, colloidal solids, and soluble solids, and the CDI module 130 ) is manufactured as a stack structure in which structures including the porous carbon electrode of the anode, the porous carbon electrode of the cathode, and the permeable separator are stacked in series or in parallel;
The produced water is supplied through a water pipe 151 connected to the pressurization system 150, and the pressurization system 150 is connected to a cooling fog system to use the produced water as cooling water and sprinkler water for driveways and sidewalks. Or, it is connected to a pre-installed landscaping water pipe to use the produced water as landscaping water for surrounding trees, or to a pre-installed faucet to use the produced water as sanitary water for surrounding citizens; and
The power produced by the power generation device is provided to and utilized by lighting devices installed on surrounding crosswalks or roads.
A plurality of solar cell panels 119 constituting a solar cell module are installed on the support 115 to form a shade around the lower end of the support 115, and the plurality of solar cell panels 119 are protected from the sun. In order to receive a lot of light and form a lot of shade around the lower part of the support 115, it is arranged radially so as not to overlap, or is arranged and fixed at different heights from the ground, and the CDI module is adsorbed. In order to increase ion selectivity, an anion exchange membrane is provided between the porous carbon electrode of the anode and the permeable separator; and a cation exchange membrane between the porous carbon electrode of the cathode and the permeable separator, by pumping the effluent collected from the underground water tank 120 to extract ionic substances from the effluent using the adsorption and desorption reactions of ions in the electric double layer. An energy-independent Solar-CDI system that generates desalinated produced water by removing .
상기 CDI 모듈은, 상기 양극의 다공성 탄소전극, 상기 음이온교환막, 상기 음극의 다공성 탄소전극, 상기 양이온교환막 및 상기 투과성 분리막을 포함하는 구조물을 직렬 또는 병렬로 적층한 스택 구조로 제작되는 것을 특징으로 하는 에너지 자립형 Solar-CDI 시스템.According to paragraph 1,
The CDI module is characterized in that it is manufactured in a stack structure in which structures including the porous carbon electrode of the anode, the anion exchange membrane, the porous carbon electrode of the cathode, the cation exchange membrane, and the permeable separator are stacked in series or parallel. Energy-independent Solar-CDI system.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) |