KR20120031474A - 담수를 생산하기 위한 태양열 장치 - Google Patents

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칼 알브레히트 발트슈타인-발텐베르그
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Abstract

본 발명은 오수 또는 염수로부터 담수를 생산하기 위한 휴대용 태양열 장치(1)에 관한 것이다. 본 장치는 오수 공급로(3) 및 담수 유출로(4)와 함께 연결 파이프 또는 호스 구성요소로 이루어지고 필수적으로 오수의 가열 및 증발을 위한 태양 광선(S)에 대개 정렬된 경사진 가열 섹션(5)을 갖는 밀폐형 유체 순환기(2)를 가짐을 특징으로 한다. 여기에 담수의 응축 및 오수의 가열을 위한 필수적으로 수직으로 정렬된 응축 섹션(6) 및 응축된 담수를 위한 기저 영역으로서 디자인된 저장 섹션(7)이 연결된다. 유체 순환기(2)의 가열 섹션(5)은 가열 섹션(5)의 내측의 증발 영역 상에 태양 광선(S)의 열 에너지를 집중시키기 위한 태양열 집열기(10)에 의해 특징된다.

Description

담수를 생산하기 위한 태양열 장치 {SOLAR THERMAL DEVICE FOR PRODUCING FRESH WATER}
본 발명은 폐수 또는 염수로부터 담수를 생산하기 위한 휴대용 태양열 장치에 관한 것이다.
담수를 생산하기 위한 태양열 장치는 오염수를 세정하기 위해 요구되는 것으로서, 예를 들어 폐수로부터 음용수를 생산할 뿐만 아니라 염수로부터 담수를 생산하기 위해 요구되는 것이다. 휴대용 증류 장치는, 예를 들어 DE 198 15 541 C1호로부터 공지된 것으로서, 이러한 특허문헌에서 돔형 상단 호일과 염수를 취하기 위한 영역 사이에 파이프형 압력 챔버가 설치되어 있으며, 이는 상단 호일과 일체형으로 제조되어 염수를 위한 공급 영역을 증발 영역과 공간적으로 분리하고 완전한 장치를 기계적으로 안정화시킨다. 초과 압력이 증발 및 응축 챔버에 가해지며, 이의 투명한 상단 호일을 통해 태양광이 들어가게 된다. 증류 장치가 작동될 때, 저장 영역에서의 물은 외부로부터 가해진 열을 통하여 증발된다. 얻어진 증기는 상승하여 상단 호일에서 응축하며, 이러한 응축물은 좌우측으로 아래로 흐르게 되며, 이러한 응축물은 상단 호일과 파이프형 챔버 사이에 위치된 응축 영역에서 수집된다. 이러한 영역들로부터, 담수는 유출로(runoff)를 통해 획득될 수 있다.
이와 관련하여, 부유 가능한 증류 장치(floatable distillation device)는 GB 832 123호로부터 공지되어 있는데, 이러한 장치는 팽창 가능한 지지 파이프의 네트워크와 개방되게 접혀지는 투명한 외부 커버를 갖는다. 형성된 증류물은 본 장치의 기저 영역의 고리형 챔버에 수집되고 호스(hose)로 제거될 수 있다.
또한, 지상 및 해상에서 사용될 수 있는 휴대용 물 생산 장치는 EP 1 448 481 B1호로부터 공지되어 있다. 이러한 장치는 하부 영역에서의 측면에 응축물을 위한 유출로를 구비한 개방 바닥 영역을 갖는 투명 플라스틱으로 제조된 캡핑형 자가-베어링 형성부로 이루어져 있다. 응축물의 제거를 위하여, 상부에 개구가 존재하는데, 이에 따라 상기 장치는 이를 비우기 위해 뒤집어져야 한다.
본 발명의 목적은 요망되는 경우에 용이하게 제조되고 신속하게 사용될 수 있도록 상기에서 기술된 타입의, 오수 또는 염수로부터 담수를 생산하기 위한 휴대용 태양열 장치를 개선시키기 위한 것이다. 또한, 큰 공간을 요구하지 않으면서 장치를 보관하는 것이 가능해야 한다.
본 발명의 목적은 하기 특징부를 구비한 장치에 의해 해소된다:
- 오수 공급로 및 담수 유출로와 함께 파이프 및 호스 구성요소가 서로 연결된 밀폐형 유체 순환기로서,
- 오수를 가열하고 증발시키기 위해 주로 태양 광선으로 일반적으로 정렬되는 경사진 가열 섹션,
- 담수를 응축하고 오수를 가열하기 위한 주로 수직으로 정렬된 응축 섹션, 및
- 응축된 담수를 위한 기저부로서의 저장 섹션에 의해 특징되는 유체 순환기.
최신 기술의 장치와는 상반되게, 연결된 파이프 또는 호스 구성요소들로부터의 밀폐형 유체 순환기는 공간 절약 평면 구조 (삼각형 또는 사다리꼴)를 가지며, 이의 경사진 가열 섹션에서, 가열 섹션 내측의 증발 영역 상에 태양 광선 열 에너지를 집중시키기 위한 태양열 집열기가 설치되어 있으며, 이러한 집열기는 가열 섹션에 단단하게 또는 이동가능하게 연결된다.
본 디자인의 제 1의 유리한 변형예에 따르면, 태양열 집열기는, 두 개의 측면부와 함께 반사 호일의 초점 영역에서 유체 순환기의 가열 섹션에 의해 관통되는 중공 공간을 회전시키는, 포물선형 또는 원통형 반사 호일 및 태양 광선을 위한 투명한 진입 호일에 의해 특징되는 팽창 가능한 호일 구조로 이루어진다.
US 4,051,834호로부터 태양 광선에 대해 투명한 상단 영역 및 반사 기저 영역으로 이루어진 태양열 집열기 시스템이 공지되어 있지만, 이러한 시스템들은 단지 열 운반 매질(heat carrier medium)을 가열시키기 위해 제공된 것이다. 상기 반사 기저 영역은 열 운반 매질이 흐르는 가열 파이프 상에 태양 광선을 집중시키기 위한 알루미늄으로 코팅된 MYLAR 호일로 이루어져 있다. 수집기의 내측에 가열 파이프가 배치된 디자인 변형예가 기재되어 있을 뿐만 아니라 가열 파이프가 외부 지지 구조로서 사용되며 이로부터 수집기가 스페이싱 구성요소(spacing element)와 이동가능하게 결합되어 있는 변형예가 기재되어 있다. 가열 파이프의 수평 정렬로 인하여, 태양에 대해 매일 조정할 수 없으며 상이한 태양 위치에 대해 단지 수동식으로 계절 마다 조정하며, 이는 고정 사슬(anchoring chain)로 달성된다. 그러나, 상술된 장치는 오수 또는 염수로부터 담수를 증류시키기에는 적합하지 않다.
또한, EP 0 030 193 B1호로부터, 팽창 가능한 구조물의 내측에 배치되어 있는 튜브 수집기(tube collector)가 공지되어 있다. 팽창 가능한 구조물은 투명한 상단 호일 및 내측 상에 반사되게 코팅된 베이스 호일로 이루어져 있다. 태양 광선은 열 운반 매질이 흐르는 가열 파이프 상에 집중된다. 기계적 조정에 따라, 가열 파이프는 일측으로 이동되고 태양 거리에 따라 변경되는 초점 영역으로 조정된다. 이는 또한, 담수를 생산하기 위한 장치이기 보다는 열 운반 매질을 가열시키기 위한 장치이다.
본 발명의 제 2의 유리한 디자인 변형예에 따르면, 태양열 집열기는 밀폐형 유체 순환기의 가열 섹션의 증발 영역에 대해 열적 접촉하는 적어도 하나의 흡수체 윙(absorber wing)을 갖는다. 바람직하게, 두 개의 흡수체 윙은 가열 섹션의 축에 대해 평행하게 접혀지게 회전될 수 있고 사용 위치에서 공간 절약 보관 위치로 유체 순환기에 의해 회전되는 공간으로 접혀질 수 있도록 존재한다.
본 발명에 따른 유체 순환기의 상이한 섹션들은 혁신적인 설비에 의해 특징된다. 가요성 호일 재료로 제조된 증발 매트(vaporisation mat)는 상승하게 경사진 가열 섹션의 내측에 배치되며, 이송 장치,예를 들어 태양 에너지에 의해 구동되는 펌프는 오수를 증발 매트 상으로 이송시킨다.
본 발명에 따르면, 가열 섹션 이후의 응축 섹션의 내측에는 바람직하게 실린더 코팅을 형성하는 가요성 호일 재료로 제조된 열교환 매트가 장착되며, 이의 상단 엣지는 오수 공급로에 연결되며, 하단 엣지는 유체 순환기의 저장 섹션을 통해 이어지는 호스 라인에 연결되며, 이러한 호스 라인은 오수를 이송 장치, 바람직하게 태양 에너지에 의해 작동되는 펌프에 의해 가열 섹션으로 이동시킨다. 오수 공급을 위한 열교환 매트의 정렬은, 시스템 효율을 증가시킴과 동시에 오수가 가열되는 동안에 보다 냉각된 오수에 의한 담수의 응축을 제공한다.
특히 유익한 디자인 변형예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 유체 순환기, 바람직하게 응축 섹션에 영향을 미쳐서 완전한 장치의 경사 운동(tilting motion)을 야기시키는, 태양 위치로 조정하기 위한 조정 장치에 의해 특징된다. 이러한 매우 단순하지만 효과적인 조정 장치는 단지 몇 개의 구성요소들을 가지고, 펌프에 연결된 팽창 가능한 또는 형태 구성요소(inflatable or form element)에 의해 특징되며, 이의 충진 수준은 완전한 장치의 경사를 결정한다. 이러한 혁신적인 조정 장치의 상세한 설명 및 기능은 도 8 내지 도 10에서 보다 상세히 설명된다.
본 발명의 다른 대안적인 디자인 변형예에 따르면, 태양열 집열기는 가열 섹션 축 둘레로의 집열기의 회전 운동을 야기시키는, 태양 위치로의 조정을 위한 조정 장치에 의해 특징된다. 상술된 조정 장치와는 상반되게, 집열기는 가열 섹션 축 상에서 이동 가능하게 결합된다(suspend). 이러한 변형예는 또한 시장에서 입수가능하거나 저렴하게 제작되는 단순한 수단을 사용한다. 이에 따라, 조정 장치는 주로 제 1 및 제 2 호스 섹션으로 이루어지며, 이의 단부는 유체 순환기의 파이프형 섹션 둘레에 반대 방향으로 감겨지며, 이의 자유 단부는 태양열 집열기에 부착된다. 호스는 물과 같은 액체를 함유하는데, 이는 감겨진 단부의 인장 강도를 변화시키기 위해 하나의 호스 섹션에서 다른 하나의 호스 섹션으로 펌핑되어, 태양열 집열기의 회전 운동을 야기시킨다. 개방되게 접혀질 수 있는 형성된 구성요소들을 갖는 상기에 기술된 조정 장치에서와 같이, 하나의 펌프는 또한 이러한 조정 장치를 갖는 다수의 태양열 집열기 상에서 사용될 수 있으며, 이에 따라 태양 조정을 위한 비용이 최소화된다.
흡수체 윙을 구비한 태양열 집열기를 갖는 본 발명의 디자인 변형예에 대하여, 조정 장치가 의도되지 않는다. 본 발명에 따르면, 흡수체 윙은 가열 섹션에 대해 조정되는 용기 영역(receptacle area)을 갖는 기저부에 결합될 수 있다.
본 발명에 따르면, 흡수체 윙은 태양열 집열기의 기저부를 통해 유도되는 연결 라인에서 종결되는 열 운반 매질의 이송을 위한 도관을 가질 수 있다. 흡수체 윙은 공기 도관을 구비한 팽창 가능한 지지 매트 및 열 운반 매질을 위한 도관을 구비한 흡수체 매트를 형성하는, 수 개의 층을 갖는 호일 복합체로 이루어질 수 있다.
본 발명은 도면을 이용하여 하기에서 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 오수 또는 염수로부터 담수를 생산하기 위한 태양열 장치를 3차원으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 디자인 변형예를 3차원으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 기능적 원리를 개략적인 섹션으로 도시한 것이다.
도 4는 도 3에서 라인 IV-IV에 따른 섹션을 도시한 것이다.
도 5는 도 3에서 라인 V-V에 따른 섹션을 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 장치의 유체 순환기의 설비를 상세히 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 따른 장치의 또다른 디자인 변형예를 3차원으로 도시한 것이다.
도 9 및 도 10은 태양 조정장치와 연결된 도 8에 따른 장치를 상세히 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 또다른 디자인 변형예를 3차원으로 도시한 것이다.
도 12는 도 2에 따른 디자인 변형예의 태양열 집열기를 상세히 도시한 것이다.
도 13은 도 12에 따른 태양열 집열기를 상세히 도시한 것이다.
도 14는 디자인 변형예의 기능적 원리를 개략적인 섹션으로 도시한 것이다.
도 15는 도 14에 따른 변형예를 상세히 도시한 것이다.
기능적 원리를 포함하는, 오수 또는 염수로부터 담수를 생산하기 위한 휴대용 태양열 장치(1)의 제 1 디자인 변형예는 도 1 및 도 3 내지 도 7에 도시되어 있다. 본 장치(1)는 연결된 파이프 구성요소 (바람직하게 PVC 경질-플라스틱 튜브) 또는 섬유 보강 호일 재료로 제조된 호스 구성요소로 이루어진, 오수 공급로(3) 및 담수 유출로(4)를 제외하고 대체로 밀폐되어 있는 유체 순환기(2)로 이루어지며, 이는 시스템의 작동을 위해 팽창된다. 유체 순환기(2)는 필수적으로 공급된 오수 또는 염수의 가열 및 증발을 제공하는 태양 광선(S)으로 일반적으로 정렬된 상승되게 경사진 가열 섹션(5)에 의해 특징된다.
가열 섹션 이후에 필수적으로 수직 응축 섹션(6)이 이어지며, 여기서 가열 섹션(5)에서 증발된 물이 응축되며, 응축열은 공급된 오수로 이동된다. 또한, 유체 순환기(2)는 기저 섹션(base section)으로서 세워진 응축된 담수를 위한 저장 섹션(7)에 의해 특징되며, 이러한 섹션은 연결 섹션(8)을 통해 가열 섹션(5)에 연결된다. 본 장치(1)의 기저 영역은 여기에서 명시되지 않은 지지 구성요소에 의해 특징될 수 있으며, 이는 셋업의 장소에서 태양열 장치를 지지하거나 유체 순환기(2)의 하단부가 삽입되는 용기(receptacle)일 수 있다.
유체 순환기(2)는 표준 PVC 파이프로부터 함께 간단하게 접속될 수 있으며, 요구되는 각도를 갖는 개개의 엘보우 부품(elbow piece)이 코너에 삽입된다. 이로부터 벗어나서, 타원형 담녕을 갖는 파이프 또는 여러 평행한 파이프와 같은 또다른 구조가 또한 가능하다.
태양열 집열기(10)는 유체 순환기(2)의 가열 섹션(5)에 회전 가능하게 결합되며; 이는 가열 섹션(5) 내측의 증발 영역(9)[참조, 도 3 및 도 4] 상에 태양 광선(S)의 열 에너지를 집중시키기 위해 사용된다.
도 1에 따른 디자인 변형예에서, 태양열 집열기(10)는 포물선형 반사 호일(11) 및 태양 광선(S)에 대해 마주보는 측면 상의 투명한 진입 호일(12)에 의해 특징되는 팽창 가능한 호일 구조물로 필수적으로 이루어진다. 이에 따라, 중공 공간(hollow space)는 두 개의 측면 구성요소(13) 사이에 형성되며, 이는 반사 호일(11)의 초점 영역에서 유체 순환기(2)의 가열 섹션(5)에 의해 관통된다.
측면 구성요소(13)는 팽창될 때 포물선형의 거울 영역(11)을 회전하는, 섬유 보강 호일 재료의 팽창 가능한 프레임부(26)에 의해 특징된다. 포물선 형태는 또한 바람직하게 다층의 팽창 가능한 지지 호일(28) 상의 내측에 결합된 반사 호일(11)을 가짐으로써 지지되며, 이는 팽창될 때 포물선 형태를 초래하도록 절단된다. 다른 지지 구성요소는 섬유 보강 호일 재료로 제조된 팽창 가능한 연결 구성요소(27)로서, 이는 측면 구성요소(13)의 팽창가능한 프레임부(26)를 연결한다. 프레임부(26) 및 연결 구성요소(27)의 내부 중공 공간, 뿐만 아니라 팽창 가능한 지지 호일(28)는, 완전한 구조물이 유입 밸브를 이용하여 팽창될 수 있도록 서로 연결된다.
태양열 집열기(10)의 측면 구성요소(13)는 예를 들어, 통합된 경질-플라스틱으로 제조된 베어링 디스크(29)를 가지며; 이러한 디스크 상에, 완전한 태양열 집열기(10)가 파이프형 유체 순환기(2)의 가열 섹션(5)에 회전 가능하게 결합된다. 완전한 장치는 거의 배타적으로 플라스틱으로 생산될 수 있으며, 베어링부 만이 섬유 보강 플라스틱 호일 또는 PVC 플라스틱 파이프로 제조된다. 이에 따라, 신속한 이동 사용을 위해 매우 적합한 장치를 제조하는 작은 패킹 유닛이 가능하다.
본 장치의 기능적 원리는 도 3 내지 도 5에서 상세히 도시되어 있다. 오수는 오수 공급로(3)를 통해 유체 순환기(2)의 응축 섹션(6)으로 이동하며, 여기서 이는 가요성 호일 재료로 제조된 파이프형 실린더 코팅을 형성시키기 위해 감겨진 열교환 매트(30)를 통해 흐르며, 이의 상단 엣지(31)는 오수 공급로(3)에 연결된다. 이러한 영역에서, 오수는 응축 담수에 의해 가열된다. 열교환 매트(30)의 하단 엣지(32)는 유체 순환기(2)의 저장 섹션(7)을 통해 유도되는 호스 라인(33)에 연결되며, 이는 오수를 유체 순환기(2)의 연결 섹션에 배치된 오수 포켓(18)으로 취한다. 태양열 펌프(15)를 이용하여, 오수는 오수 포켓(18)에서 가열 섹션(5)으로 이동된다.
가열 섹션(5)의 내측에, 가요성 호일 재료로 이루어진 증발 매트(14)가 배치되고 (걸리거나 접착되고), 이의 표면은 접착되거나 용접된 가열 포켓(16)과 함께 증발 영역(9)을 형성한다 (참조, 도 4). 가열 포켓(16)은 접착되거나 용접된 호일 스트립에 의해 형성되며, 오수 포켓(18)으로부터 펌핑된 오수를 위한 도관(17)은 증발 매트(14)와 가열 포켓(16) 사이에 존재한다.
오수 포켓(18)은 또한 가요성 호일 재료로 이루어질 수 있으며, 여기에 가열 섹션(5)으로부터 역으로 흐르는 비-증발된 오수가 수집되고 이는 펌프에 의해 가열 섹션(5)로 되돌아간다. 오수를 위한 태양열 펌프(14)는 수위계(19)와 함께 오수 포켓(18)에 배치되고 이와 함께 대체가능한 유닛을 형성할 수 있다. 수위계(19)가 오수 포켓(18)에서 수위의 저하를 검출할 때, 호스 라인(33)에서의 제어 밸브가 개방되며, 이에 따라 오수는 수위계(19)에 의해 규정된 수준까지 자동적으로 흘러들어갈 수 있다.
본 발명에 따른 이러한 장치는 상향으로 경사진 가열 섹션(가열 공기 상승) 뿐만 아니라 수직으로 하강하는 응축 섹션(냉각된 공기 하강)에 의해 구동되고 가열시에 생산된 증기를 응축 섹션으로 능동적으로 이동시키는, 물 순환기 및 공기 순환기를 갖는 밀폐형 유체 순환기(2)를 포함한다.
응축된 담수 또는 식수는 저장 섹션(7)에서 수집하고, 담수 유출로(4)에 의해 시스템으로부터 제거될 수 있다. 가열 영역에서 연속된 물 순환기를 통하여, 오수 또는 염수가 농축되고 때때로, 예를 들어 하루에 한번씩 물 유출로(25)를 통해 오수 포켓(18)으로부터 제거되어야 한다. 바람직하게, 오수 포켓(18)은 접힘 및/또는 접착에 의해 증발 매트(14)의 섹션으로부터 제조될 수 있으며, 이에 따라 증발 매트(14), 가열 포켓(16) 및 오수 포켓(18)의 전체 유닛이 대체될 수 있다.
본 발명에 따른 유체 순환기(2)의 설치는 도 6 및 도 7에서 개관으로서 도시되어 있으며, 도 6에서 보다 상세히 도시하기 위해 오수 포켓(18)의 커버(24)가 생략되어 있으며, 이에 따라, 오수 포켓(18), 뿐만 아니라 이송 수단(15), 이송 도관(17)으로의 연결 라인(56), 및 수위계(19)의 설치가 보여질 수 있다. 수위계(19)와 제어 밸브(55) 및 태양열 펌프(15) 간의 전기 라인은 도시되어 있지 않다. 태양열 펌프(15)는 대략 15W 내지 25W의 출력을 가지고 여기에 도시되지 않은 태양열 판넬에 연결되어 있다.
증발 매트(14)의 양 측면 엣지 상에 안정화 돌출부(stabilising bulge)(58)이 존재하는데(도 4 참조), 이는 증발 매트(14)를 안정화시키고 오수 포켓(18) 둘레의 가열 섹션(5)의 내측벽 상에서 응축하는 물을 저장 섹션(7)으로 유도한다.
열교환 매트(30)는 PVC 연질 호일로 저렴하게 제조될 수 있다. 이는 도관(34)이 종방향으로 존재하도록 함께 용접되는 두 개의 호일 스트립으로 이루어진다. 이후에 매트는 롤링되고 단부에 접착되어 스페이서 구성요소에 의해 응축 섹션(6)의 중심에 고정된 파이프(도 5 참조)를 형성한다. 열교환 매트(30)가 이러한 환경 보다 차갑기 때문에, 증기의 응축이 개시된다. 냉각 공기는 순환로가 전방으로 구동되도록 파이프에서 떨어진다. 응축시에 방출되는 열 에너지는 열교환 매트(30)에서 오수에 의해 얻어진다. 이는 최대 80%의 에너지 회수율이 가능한 것으로 입증되었다. 오수 공급로(3)가 시스템의 가장 높은 지점에 존재하기 때문에, 오수 공급로는 펌프가 요구되지 않는다.
도 8에 도시된 본 발명에 따른 장치의 디자인 변형예는 파이프형 유체 순환기(2)의 가열 섹션(5)에 견고하게 접착되거나 용접된 원형의 측면 구성요소(13)가 구비된 매우 단순한 태양열 집열기(10)에 의해 도 1에 따른 것과 차이가 있다. 이러한 디자인 변형예에서, 완전한 장치(1)의 경사 운동을 유발시킬 수 있는, 태양 위치를 맞추기 위해 조정 장치(35)가 제공된다. 이를 위하여, 조정 장치는 유체 순환기(2), 예를 들어 응축 섹션(6)에 직접적으로 영향을 미친다; 이는 구조적으로 매우 단순하게 디자인되고 대체로 접혀지지 않고 펌프(39)를 통해 연결될 수 있는 두 개의 팽창 가능한 형태 구성요소(36a, 36b)로 이루어져 있다. 펌프(39)를 이용하여, 예를 들어 물은 한 형태 구성요소(36a)에서 다른 형태 구성요소(36b)로 펌핑되며, 형태 구성요소(36a, 36b)의 개개 충진 수준은 장치(1)의 경사각 α를 결정한다. 형태 구성요소(36a, 36b)는, 예를 들어 수개의 분할된 쐐기로 이루어질 수 있다. 도 10은 예를 들어, 응축 섹션(6)의 극단 위치들 중 하나를 도시한 것으로서(예를 들어, 아침에 낮은 태양 위치의 경우에), 형태 구성요소(36a)가 거의 완전히 비어있으며 형태 구성요소(36b)는 최대로 채워져 있다.
두 개의 형태 구성요소(36a 및 36b)들 사이의 펌프(39)는 투명한 진입 호일(12) 상에 배치된 새도우 캐스터(38) 및 가열 섹션(5)에 부착된 광센서(37)에 의해 특징되는 제어 장치를 통해 제어된다. 도 9에 따른 예시 순서에 도시된 바와 같이, 새도우 캐스터(38)의 새도우(40)는 먼저 센서(37) 상으로 향하지 않으며, 이에 따라 펌프가 켜지며 장치가 태양 위치로 정렬된다. 새도우(40)는 이동하고 마지막으로 광센서(37) 상으로 향하게 되며, 이에 따라 펌프(39)가 꺼지게 된다. 태양이 이동할 때, 밤의 황혼까지 이러한 절차가 반복되며, 형태 구성요소(36a)로부터의 물만이 일출 동안의 초기 위치로 시스템을 다시 가져가도록 형태 구성요소(36b)로 펌핑되어야 한다.
도 11은 태양 위치로 조정하기 위한 다른 유익한 조정 장치(41)를 도시한 것으로서, 이러한 장치는 가열 섹션(5)의 축을 둘레로 집열기(10)의 회전 운동을 야기시킨다. 이를 위하여, 조정 장치(41)는 제 1 및 제 2 호스 섹션(42, 43)을 가지며, 이의 단부는 유체 순환기(2)의 파이프형 섹션(44) 둘레를 한번은 오른쪽으로 한번은 왼쪽으로 감겨져 있다. 두 개의 호스 섹션(42, 43)의 외부 자유 단부(45)는 각각 태양열 집열기(10)의 외부 외형에 부착된다. 도 8에 따른 조정 시스템에 따르면, 펌프(미도시됨)는 두 개의 호스 섹션(42, 43) 중 하나에서의 압력을 제어하는데, 이는 집열기의 회전 운동을 유발시킨다. 여기서, 호스 섹션(42, 43)은 섬유 보강 호일 재료로 제조될 수 있으며, 도 11에 따른 여러 장치는 구성요소에 연결될 수 있다.
도 2에 따른 본 발명의 디자인 변형예에서, 태양열 집열기(20)는 가열 섹션(5)의 증발 영역(9)에 열적으로 연결된 두 개의 흡수체 윙(21)을 갖는다. 두 개의 흡수체 윙(21)은 가열 섹션(5)의 축에 대해 회전 가능하거나 평행하게 접혀질 수 있고, 유체 순환기(2)에 의해 야기된 공간(22)으로 접힘으로써 도 2에 도시된 사용 위치로부터 공간 절약 보관 위치로 접혀진다. 태양열 집열기(20)는 예를 들어 고정 구성요소(51)(예를 들어, 고정 벨트)로 유체 순환기의 가열 섹션(5)에 부착될 수 있다.
태양열 집열기(20)의 여러 유리한 세부 항목은 도 12에 도시되어 있다. 흡수체 윙(21)은 가열 섹션(5)에 대해 조정된 용기 표면(47)에 의해 특징되는 기저부(46)에 부착된다. 열전달을 개선시키기 위하여, 특히 이러한 디자인 변형예는 가열 섹션(5)의 외부 측면에 열전도성 호일(23), 바람직하게 구리 호일을 갖는다. 열전달은 용기 표면(47)과 구리 호일(23) 사이에 열전도성 페이스트를 적용함으로써 추가적으로 개선될 수 있다.
바람직하게, 흡수체 윙(21)에는 열 운반 매질(예를 들어, 오일 또는 물)을 이송시키기 위한 도관(48)이 장착되어 있으며, 이러한 도관(48)은 태양열 집열기(20)의 기저부(46)를 통해 이어지는 연결 라인(49)으로 이어진다. 작동 위치에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 흡수체 윙(21)은, 가열된 열 운반 매질이 기저부(46)의 방향으로 상승하도록 기울어져 있다. 열전달은 이송 수단(50), 예를 들어 두 개의 연결 라인(49) 중 적어도 하나에 배치된 태양열 펌프에 의해 추가적으로 제공될 수 있다.
도 13에 따른 상세한 도면에 도시된 바와 같이, 흡수체 윙(21)은 공기 도관(53)을 구비한 팽창 가능한 지지 매트(52)가 열 운반 매질을 위한 도관(48)을 구비한 흡수체 매트(54)를 운반하도록 의도된 다층 호일 복합물로 이루어질 수 있다. 열손실을 최소화하기 위하여, 흡수체 매트(54)의 외부 표면에는 또한 분리 호일(isolating foil)(57)이 장착될 수 있다.
상기에서 기술된 변형예 중 제어 밸브(55) 및 펌프(15) 없이 염수 또는 오수를 가열 섹션(5)으로 취하는 본 발명의 디자인 변형예를 갖는 다른 대안예가 도 14 및 도 15에 도시되어 있다. 오수는 이러한 경우에 오수 공급로(3) 위에 배치된 공급물 용기(59)와 가열 섹션(5)의 상단의 오수의 배출점 간의 높이 차이로 인한 수압(hydrostatic pressure)에 의해서만 이송된다.
다른 변형예에서, 증발 영역(9)은 가열 포켓(16)의 이송관(17) 위에 하나의 하프 파이프 위에 다른 파이프가 밀접하게 위치된, 예를 들어 금속으로 제조된 상이한 방사상 밴드가 장착되거나 상이하게 굽혀진 두 개의 하프 파이프(half pipe)(60)를 배치시키거나 용접함으로써 확장될 수 있다. 상단 하프 파이프의 영역은 일정한 간격으로 반원으로 개방되게 절단되고 하향으로 구부러져 있으며, 하단 하프 파이프의 영역은 일정한 간격으로 반원으로 개방되게 절단되고 하향으로 구부러져 있으며, 하프 파이프 둘 모두는 맞물려 있어(도 15 참조), 가열된 물이 가열 섹션(5)을 통해 직접 흐르지 않게 하고 지그재그 코스에서 흐르게 하며, 증발되지 않은 나머지 물은 단부에서 오수 포켓(18)으로 흐르며 이로부터 오수 유출로(25)를 통해 직접적으로 제거될 수 있다.
또한, 보다 양호한 열전달을 위하여, 하프 파이프(60)는 가열 섹션(5)의 열전도성 호일(23)에 직접적으로 연결될 수 있다. 또한, 금속 하프-파이프(60)와 금속으로부터의 열전도성 호일(23) 사이에 가열 섹션의 완전한 하부 섹션을 제작하는 것이 가능하다.
오수 유속은 유속 계측기에 의해 오수 유출로(25) 및 오수(염수) 인피드(infeed)(3)에서 측정될 수 있으며, 이에 따라 유속 및 증발수의 백분율이 공급물 용기(59)의 높이를 조정하고 이에 따라 수압을 조정함으로써 제어될 수 있다.
다른 변형예로서, 가열 섹션(5)의 가열 영역에서의 온도는 반사 호일(11)의 굽힘의 변경에 의해 제어될 수 있으며; 이러한 경우에, 호일은 바람직하게 반사성의 연마된 얇은 금속 플레이트(예를 들어, 알루미늄)으로 이루어진다.
도 1에 따른 태양열 집열기(10)는 팽창 가능한 연결 구성요소(27)가 딱딱한 튜브일 수 있으며 프레임부(26)가 고리 호스로서 디자인될 수 있는 한 변경될 수 있다. 이러한 부분은 또한 공급 탱크로부터의 물로 채워질 수 있으며, 고리 호스(26) 각각은 물을 완전한 원형으로 채워지거나 (예를 들어, 도 8에서와 같음), 반사 표면은 물의 배출에 의해 반원에서 점차적으로 평평한 형태로 되고 고리 호스(26)에서의 장력(tension)을 감소시킨다. 거울 제어는 또한 가열 영역에서의 서모스탯(thermostat) (미도시됨)에 의해 제어될 수 있다. 이는 온도 싱크(temperature sink)가 결정된 하한치 미만일 때 또는 결정된 최고의 상한치가 초과될 때 내부 압력, 및 이에 따라 반사 표면의 굽힘을 조절하기 위해 펌프 또는 배수 밸브를 활성화시킨다.

Claims (33)

  1. 오수(sewage water) 또는 염수(salt water)로부터 담수를 생산하기 위한 휴대용 태양열 장치(1)로서,
    - 오수 공급로(3) 및 담수 유출로(4)와 연결된 파이프 또는 호스 구성요소들로 이루어지고,
    - 오수의 가열 및 증발을 위한 태양 광선(S)에 대해 대개 일반적으로 정렬되는 경사진 가열 섹션(5),
    담수의 응축 및 오수의 가열을 위한 대개 수직으로 정렬된 응축 섹션(6), 및
    응축된 담수를 위한 기저 영역(base area)으로서 형성된 저장 섹션(7)을 갖는 유체 순환기(2)를 포함함을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치(1).
  2. 제 1항에 있어서, 유체 순환기(2)의 가열 섹션(5)이 가열 섹션(5) 내측의 증발 영역(9) 상에 태양 광선(S)의 열 에너지를 집중시키기 위한 태양열 집열기(solar collector)(10, 20)를 가지며, 수집기(10, 20)가 바람직하게 가열 섹션(5)에 이동가능하게 결합됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 태양열 집열기(10)가, 두 개의 측면 구성요소(13)와 함께 반사 호일(1)의 초점 영역에서 유체 순환기(2)의 가열 섹션(5)에 의해 관통된 중공 공간(hollow space)을 회전시키는 포물선형 또는 원형 실린더 반사 호일(11) 및 태양 광선(S)을 위한 투명한 진입 호일(12)을 갖는 팽창가능한 호일 구조물로 이루어짐을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 태양열 집열기(20)가 가열 섹션(5)의 증발 영역(9)에 대해 열 접촉하는 하나 이상의 흡수체 윙(absorber wing)(21)을 가짐을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 가열 섹션(5)의 축에 대해 회전되거나 평행하게 접혀질 수 있고 유체 순환기(2)에 의해 초래된 공간(22)에서 사용 위치에서 공간 절약 보관 위치로 접혀질 수 있는 두 개의 흡수체 윙(21)이 제공됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 경사진 가열 섹션(5)의 내측에 가요성 호일 재료로 이루어진 증발 매트(14)가 존재하며, 증발 매트(14)로 오수를 이송시키기 위한 이송 수단(15), 바람직하게 태양열 펌프가 제공됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 증발 매트(14)가 접착되거나 용접된 호일 재료를 갖는 가열 포켓(16)을 형성하며, 오수를 상승시키기 위한 이송관(17)이 증발 매트(14)와 가열 포켓(16) 사이에 형성됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 밀폐형 유체 순환기(2)의 필수적으로 수직인 연결 섹션(8)이 저장 섹션(7)과 가열 섹션(5) 사이에 배치되고, 가열 섹션(5)로부터 역으로 흐르는 오수를 취하는 가요성 호일 재료로 제조된 오수 포켓(18)을 수용함을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 오수 포켓(18)이 증발 매트(14)의 섹션으로부터, 예를 들어 접힘(folding) 및 접착(gluing)에 의해 일체형(one piece)으로 제조됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 오수를 위한 이송 수단(15)이 수위계(19)와 함께 오수 포켓(18)에 배치되고 이와 교체가능한 유닛을 형성시킴을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 응축 섹션(6)의 내측에 바람직하게 실린더 코팅을 형성하는 가요성 호일 재료로 이루어진 열교환 매트(30)가 존재하며, 이의 상단 엣지(31)가 오수 공급로(3)에 연결되며, 이의 하단 엣지(32)가 유체 순환기(2)의 저장 섹션(7)을 통해 이어지는, 오수를 이송 수단(15), 바람직하게 태양열 펌프를 통해 가열 섹션(5)으로 이송시키는 호스 라인(33)에 연결됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 열교환 매트(30)가 복수의 평행한 도관(34)을 형성하는 함께 용접되거나 접착된 두 개의 호일 스트립으로 이루어짐을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 섹션(5)의 외측에 열전달을 개선시키기 위한 열전도성 호일(23), 바람직하게 구리 호일이 존재함을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  14. 제 3항에 있어서, 태양열 집열기(10)가 측면 구성요소(13)에 섬유 보강 호일 재료로 제조된, 팽창된 상태에서 포물선형 또는 원형의 반사 표면을 개방하는 팽창 가능한 프레임부(26)를 가짐을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 측면 구성요소(13)의 팽창 가능한 프레임부(26)가 섬유 보강 호일 재료의 팽창 가능한 연결 구성요소(27)에 의해 연결됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 반사 호일(11)이 바람직하게 다층 팽창 가능한 지지 호일(28)에 결합됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  17. 제 14항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 태양열 집열기(10)의 측면 구성요소(13)가 베어링 디스크(29)를 가지며, 이와 함께 태양열 집열기(10)가 파이프형 유체 순환기(2)의 가열 섹션(5)에 회전하게 결합됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  18. 제 14항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 태양열 집열기(10)의 측면 구성요소(13)가 접착 또는 용접에 의해서 파이프형 유체 순환기(2)의 가열 섹션(5)에 견고하게 결합됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  19. 제 18항에 있어서, 태양열 집열기(10)가 유체 순환기(2), 바람직하게 응축 섹션(6)에 영향을 미치고 완전한 장치(1)의 경사 운동(tilting movement)을 유발시키는, 태양 위치로 조정하기 위한 조정 장치(35)를 가짐을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  20. 제 19항에 있어서, 조정 장치(35)가 펌프(39), 예를 들어 다양하게 분리된 쐐기에 의해 개방되게 접혀지고 연결될 수 있는 형태 구성요소(form element)(36a, 36b)를 가지며, 이의 개개의 충진 수준이 장치(1)의 경사 수준을 결정함을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  21. 제 19항 또는 제 20항에 있어서, 조정 장치(35)가 바람직하게 가열 섹션(5)에 결합된 광센서(37) 및 바람직하게 투명한 진입 호일(12) 상에 배치된 새도우 캐스터(shadow caster)(38)를 구비한 제어 설비를 가짐을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  22. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 태양열 집열기(10)가 가열 섹션(5) 축 둘레로 수집기(10)의 회전 운동을 유발시키는 태양 위치로 조정하기 위한 조정 장치(41)를 가짐을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  23. 제 22항에 있어서, 조정 장치(41)가 제 1 및 제 2 호스 섹션(42, 43)을 가지며, 이의 단부가 유체 순환기(2)의 파이프형 섹션(44)의 둘레를 반대 방향으로 감겨지며, 이의 자유 단부(45)가 태양열 집열기(10)에 결합됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  24. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 흡수체 윙(21)이 가열 섹션(5)에 대해 구성된 용기 표면(47)을 갖는 기저부(46)에 결합됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  25. 제 24항에 있어서, 흡수체 윙(21)이 열 운반 매질을 이송시키기 위한 도관(48)을 가지며, 이러한 도관(48)이 태양열 집열기(20)의 기저부(46)를 통해 이어지는 연결 라인(49)에 연결됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  26. 제 25항에 있어서, 하나 이상의 연결 라인(49)이 이송 수단(50), 바람직하게 태양열 펌프를 가짐을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  27. 제 24항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 흡수체 윙(21)이 공기 도관(53)을 구비한 팽창 가능한 지지 매트(52) 및 열 운반 매질을 위한 도관(48)을 구비한 흡수체 매트(54)를 형성하는 다층 호일 복합물로 이루어짐을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  28. 제 27항에 있어서, 분리 호일(isolating foil)(57)이 흡수체 매트(54)의 외부 표면에 결합됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  29. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 오수 공급로(3)에 연결된 공급물 용기(59)가 제공되며, 오수의 이송이 필수적으로 공급물 용기(59)와 가열 섹션(5)의 상단에서의 오수의 배출구 사이트의 높이차로 인한 수압에 의해서만 수행됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  30. 제 2항에 있어서, 가열 섹션(5)에서의 증발 영역(9)이 예를 들어, 금속으로 제조된 상이한 방사상 밴드를 갖는 두 개의 하프 파이프(half pipe)(60)에 의해 확장되며고, 증발 영역(9)의 가열 포켓(16) 위에 하나의 하프 파이프 위에 다른 하나의 파이프가 밀접하게 배치됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  31. 제 30항에 있어서, 하프 파이프(60)의 표면이 일정한 간격으로 반원으로 개방되게 절단되고 서로에 대해 굽혀짐을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  32. 제 30항 또는 제 31항에 있어서, 하프 파이프(60)가 가열 섹션(5)의 열전도성 호일(23)에 직접적으로 연결됨을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
  33. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 태양열 집열기(10)의 프레임부(26)가 물로 채워질 수 있는 고리 호스로서 디자인되며, 고리 호스를 완전히 채워지게 펌핑하고 태양열 집열기(10)의 반사 표면의 굴곡을 조정하기 위해 충진 수준을 변경시키는 것이 가능함을 특징으로 하는 휴대용 태양열 장치.
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