KR20130095399A - 태양열을 이용한 해수 담수화 장치 - Google Patents

Abstract

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Description

태양열을 이용한 해수 담수화 장치{ seawater desalination system using solar energy }

본 발명은 태양열을 이용하여 해수를 담수화 하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수를 태양열을 이용해 가열 할 때, 대기 중에 기체 상태로 증발되는 수분을 액체 상태의 물로 응결 시켜서, 응결된 물을 분리 저장하여, 해수로부터 담수를 생산하는 것을 목적으로 한 것이다.

일반적으로 해수의 담수화는 해수에 열을 가하여 수분을 증발 시키고, 증발로 인하여 해수와 분리된 수분을 응결 시켜서 담수를 얻는 방식과, 해수를 삼투압 층이나 삼투압 막에 여과 시켜서 담수를 얻는 방식을 주로 사용하고 있다.

상기한 바와 같은 종래의 해수 담수화 기술은 해수를 가열 하거나 삼투압 장치에 여과할 때, 전기나 석유 같은 물리적 또는 화학적 에너지를 소비하여 담수의 생산 원가를 증가 시키며, 전기나 석유 같은 물리적 또는 화학적 에너지를 구비하지 못하는 고립된 여건에서는 담수를 얻지 못하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 해수 담수화 장치에서 해수를 대기와 차단되는 내부 공간에서 태양열을 이용 가열하여 수분이 증발 되도록 하고, 대기와 차단되는 내부 공간 상부로 증발되는 수분은 차단된 공간의 내부에서 공간의 내벽을 따라 응결 되어, 응결된 담수는 공간 내벽의 기울기에 따라 흘러내려 하단부의 유도관에 고여지고, 유도관과 연결된 유도 배관을 통해서 해수와 분리 저장시켜, 담수화 되도록 하는 장치를 구비 하여 해수를 담수화 함 으로서, 전기나 석유 등의 물리적 또는 화학적 에너지에 의존하지 않고 태양열을 이용하여 생산 원가를 낮추도록 한 것이다.

또한 태양열을 이용 함 으로서 전기나 석유 등의 물리적 또는 화학적 에너지가 구비되지 않는 고립된 환경에서도 해수를 담수화 할 수 있도록 한 것이다.

즉 본 발명은 밀폐된 격실의 내부공간이 공간 외부의 대기와 차단되는 빈 공간(또는 중공)을 갖는 반원구형 형상의 밀폐된 격실을 구비하고, 이러한 반원구형 격실은 격실의 상부 하우징이 투명한 유리나 아크릴 또는 비닐 막 등의 소재를 사용한 돔 형상으로 구성되어, 격실 외부의 태양열이 격실의 상부 하우징을 통과, 격실 하부 바닥의 섬유질 판에 배여 있는 해수를 가열시키고, 이때 가열된 해수는 격실 내부의 빈 공간 즉 중공으로 해수의 수분이 증발되어 해수와 수분의 분리가 이루어지며, 분리된 수분은 반원구형의 격실 상부 하우징 내벽을 따라 응결되고, 응결된 수분은 상부 하우징의 내벽 기울기에 의하여 흘러 내려서 내벽 하단부의 유도관에 집수되어 담수화 되며, 유도관은 담수 저장 수조와 배관으로 연결되어 담수를 저장 되도록 한다.

또한 밀폐된 격실의 내부에 해수가 계속해서 공급 되도록 격실의 하단 바닥부분에는 섬유질 소재로 구성된 판이 구비되고, 섬유질 판의 하단부에는 섬유질 판이 연장되어 막대형으로 돌기되는 다수의 섬유질 막대가 격실의 바닥을 관통하여 해수 공급 수조의 내부의 해수와 접촉되도록 연결되어서, 해수를 흡수(모세관 현상에 의해)하는 섬유질의 특성에 따라 격실 내부 섬유질 판으로 해수를 계속해서 공급하고, 섬유질 판에 공급된 해수는 태양열에 의해 증발되는 과정을 반복하는 구조를 통하여 해수를 담수화 하는 수단을 구비한 것이다.

따라서 본 발명은 전기나 석유등의 에너지를 사용하지 않고 자연 상태의 태양열을 이용하여 담수화 함 으로서, 전기나 석유 등의 물리적 또는 화학적 에너지가 구비되지 않는 환경에서도 이용 할 수 있으며, 장치를 소형화 하여 고립된 섬이나 조난선 등에 구비하여 생존을 위한 해수의 담수화 장비로 활용토록 한다.

또한 이와 같은 태양열을 이용한 해수 담수화 장치를 사용하여 대량의 담수를 얻기 위해서, 풍차 또는 풍력펌프나 기타의 동력장치를 이용해 해수를 대량으로 공급하고, 공급된 해수를 본 발명의 해수 담수화 장치를 사용하는 다수의 조합된 구성을 통하여 담수화 함 으로서, 대량의 담수를 생산하여 산업에 이용 한다.

이와 함께 본 발명의 해수 담수화 장치는, 낮에는 태양열에 의해 증발된 수분으로 인하여 해수의 공급 수조의 내부 해수는 염분의 농도가 증가하게 되어, 염분이 농축된 해수 공급 수조의 해수를 밤에 배수 저장하여, 소금을 생산 하는데 재활용토록 할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 실시 예를 보인 일체형 측 단면도.
도 2 는 본 발명에 따른 실시 예를 보인 육상 설치 형식 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 실시 예를 보인 해상 설치 형식 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 실시 예를 보인 휴대형식 구성도 및 측 단면도.
도 5 는 본 발명에 따른 실시 예를 보인 도1의 평 단면도.
도 6 은 본 발명에 따른 실시 예를 보인 도1의 섬유질 판 또는 단열 판 부분 평 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 격실.
11 : 격실 상부 하우징.
12 : 해수 공급용 배관.
13 : 해수 공급용 수조.
14 : 섬유질 판.
14a : 막대형 돌기 섬유질.
15 : 알루미늄 판 또는 단열 판.
16 : 유도관(또는 물받이 홈통).
17 : 유도배관.
18 : 담수 저장용 수조.
19 : 담수 공급용 배관.
20 : 태양열 복사 방향.
21 : 수분 증발 방향.
22 : 격실 하부 바닥.
100 : 육상 설치 형식 해수 담수화 장치.
101 : 육상 설치 형식 해수 담수화 장치.
102 : 해수(바다 물 또는 해수면).
103 : 해수 취수구.
104 : 해수 공급용 펌프 및 배관.
105 : 해수 공급용 육상 수조.
106 : 해수 공급용 육상 수조 지지대.
107 : 해수 공급 배관.
108 : 담수 저장용 수조.
109 : 해수 배출용 펌프 및 배관.
110 : 담수 배출용 펌프 및 배관.
111 : 육상.
112 : 태양 복사열.
200 : 해상 설치 형식 해수 담수화 장치.
201 : 해상 설치 형식 해수 담수화 장치.
202 : 해상 구조물 지지대.
203 : 해수.
204 : 유도 배관.
205 : 담수 저장용 해상수조.
206 : 담수 배출용 펌프 및 배관.
207 : 담수 저장용 육상수조.
208 : 담수 공급용 펌프 및 배관.
209 : 부력 탱크 또는 부이.
210 : 태양 복사열.
211 : 태양 복사열.
212 : 육상.
300 : 휴대형 해수 담수화 장치.
301 : 해수 공급용 튜브 또는 팩.
302 : 해수 공급용 튜브 또는 팩의 캡 또는 뚜껑.
303 : 해수 공급용 계폐 밸브.
304 : 해수 주입구.
305 : 담수 공급용 튜브 또는 팩.
306 : 담수 배수구.
307 : 담수 저장용 계폐 밸브.
308 : 해수 저장 수조.
309 : 담수 저장 수조.
310 : 담수 유도 배관.
311 : 섬유질 판.
312 : 해수 배수용 계폐 밸브.
313 : 해수 배수구.
314 : 알루미늄 판 또는 단열 판.
315 : 유도관.
316 : 격실 상부 하우징.
317 : 해수 공급용 연결 호스.
318 : 담수 배출용 연결 호스.
319 : 해수.
320 : 담수.
400 : 격실 외측 벽.
401 : 격실 내측 벽.
402 : 유도관 내측 벽.
403 : 유도관 외측 벽.
404 : 유도관 홈통(물받이 홈통)
405 : 유도배관.
406 : 격실 바닥 부분.
407 : 격실 바닥 관통 구멍.
408 : 해수 공급구.
409 : 담수 배출구.
500 : 격실 외벽.
501 : 격실 내벽.
502 : 단열재 판.
503 : 유도배관.
504 : 단열재 판 관통 구멍.

이하, 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 해수 담수화 장치에 관한 것으로서 태양열을 이용하여 해수를 담수화 하도록 한 것이다.

즉 본 발명은 도1에 도시된 바와 같이 밀폐된 격실(10)의 내부공간이 공간 외부의 대기와 차단되는 빈 공간 즉 중공을 갖는 반원구형 형상의 밀폐된 격실을 구비하고, 이러한 반원구형 격실은 격실의 상부 하우징(11)이 투명한 유리나 아크릴 또는 비닐 막 등의 소재를 사용한 돔 형상으로 구성되어지고, 격실의 내부에는 중공을 갖도록 하여서, 격실의 외부로부터 외부의 태양열이 격실 내부로 통과되어, 격실 내부의 하단 바닥 부분의 섬유질 판에 배여 있는 해수를 가열시키도록 하고, 태양열(20)에 의해 가열된 해수는 격실의 내부의 빈 공간 중공으로 해수의 수분(21)이 증발되어 해수와 수분의 분리가 이루어지며, 해수와 분리된 수분은 반원구형의 격실 상부 하우징 내벽 부분에 응결되어지고, 격실 상부 하우징 내벽에 응결된 수분은 내벽의 기울기에 따라서 아래쪽으로 흘러내려서 격실 내벽의 하단부에 위치한 유도관(16)에 집수되어 담수화 된다.

또한 격실의 내부에 해수가 계속해서 공급 되도록 격실의 하단 바닥부분(22)에는 섬유질 소재로 구성된 섬유질 판(14)이 구비되고, 섬유질 판의 하단부에는 섬유질 판이 연장되어 막대형으로 돌기되는 다수의 섬유질 막대(14a)가 격실의 바닥을 관통(단열 판 부분도 동일)하여 해수 공급 수조(13)의 내부의 해수와 접촉되도록 연결되어서, 해수를 흡수(모세관 현상에 의해)하는 섬유질의 특성에 따라 격실 내부 섬유질 판으로 해수를 계속해서 공급하고, 공급된 해수는 태양열에 의해 증발되는 과정을 반복하는 구조를 통하여 해수를 담수화 하는 수단을 구비한 것이다.

여기서 반원구형의 격실은 격실의 내부와 외부가 대기와 격리되어, 태양열(20)에 의해 증발되는 해수의 수분이 격실의 내부 빈 공간으로 증발되고, 증발된 수분(21)은 격실 내부 공간에서 대류 되어 격실 상부 하우징의 내벽에 응결되며, 격실 상부 하우징의 내벽에 응결된 수분은 반원구형의 격실 상부 하우징 내벽 기울기 형상에 따라 낮은 쪽으로 흐르게 되어, 격실 내벽 하단부에 위치한 물받이 형상의 유도관(16)에 고여서 해수와 담수의 분리가 이루어진다.

아울러 격실의 상부 하우징(11)은 원뿔형이나 피라미드형 등의 외형도 사용될 수 있으며, 이하 반원구형으로 통칭하고 생략하며, 또한 격실은 사용 용도에 따라 해수 공급 수조(13) 및 담수 저장 수조(18)와 일체형(도1,도2,도4)으로 구성되거나 따로 분리형(도3,도5,도6)으로 구성되는 형상을 갖는다.

이와 같은 해수의 담수화 과정이 연속적으로 가능 하도록 하기 위하여, 격실 내부에 해수가 계속해서 공급 되도록, 해수의 지속적인 공급을 위해서는 격실의 하단 바닥에 섬유질로 구성된 판(14) 하단 부분에 섬유질 판이 연장되어 막대형으로 돌기되는 다수의 섬유질 막대(14a)가 격실의 바닥을 관통(단열 판 부분도 동일)하여, 해수 공급 수조(13) 내부의 해수와 접촉되도록 연결되어서, 격실 내부로 섬유질의 모세관 현상을 이용해 해수를 연속적으로 공급하여서, 섬유질로 구성된 판(14) 부분에 해수가 고여지도록 하고, 또한 섬유질 판의 하단에는 알루미늄 판재나 단열 기능을 갖는 판(15)을 구비하여, 태양열에 의해 가열된 섬유질 판에서 수분 증발이 효과적으로 이루어지도록 해서, 격실의 중공 부분으로 태양열의 복사(20)에 의한 수분(21)증발의 대류가 지속 되도록 한다.

상기와 같은 과정을 통하여, 외부의 해수 공급원에서 해수 공급용 배관(12)을 통해 공급되는 해수로부터 분리된 담수를 유도관(16)과 연결된 유도배관(17)을 통하여 담수 저수조(18)에 저장하여 해수로부터 담수를 분리 하는 기능을 갖으며, 생산 저장된 담수는 담수 공급배관(19)을 통해 담수를 외부로 공급하여 산업에 이용하는 해수 담수화 장치이다.

도2는 상기의 도1의 실시예로서 본 발명의 해수 담수화 장치를 육상에 2개 이상의 복수 조합으로 설치하여 대량의 해수를 담수화하는 구성을 설명하는 도면으로, 해수(102)를 취수부(103)로 취수하여 해수 공급용 동력 펌프 및 배관(104)을 통하여, 해수 공급용 육상 수조 지지대(106)의 상부 해수 공급용 육상 수조(105)로 이동 저수하고, 이동 저수된 해수 공급용 육상 수조의 해수는 육상 설치 형식 해수 담수화 장치(100,101)에 해수 공급배관(107)을 통하여 공급되어 주간에 태양 복사열(112)에 의해 담수화 되며, 해수 공급용 육상 수조(105)의 해수는 야간에는 해수 배출용 펌프 및 배관을 통해 배수하여 소금 생산에 재활용 되도록 한다.

또한 격실(도1의 10)과 해수 공급용 수조(도1의13) 및 담수 저장용 수조(도1의18)가 일체형의 조합된 구성을 갖는다.

상기의 과정을 거쳐 담수화된 담수는 담수 저장탱크(108)로 집수 저장되어, 담수를 생산 담수 배출펌프 및 담수 배출배관(110)을 통하여 산업에 이용하는 육상(111)설치 형식(100,101)의 해수 담수화 장치이다.

도3은 상기의 도1의 실시예로서 본 발명의 해수 담수화 장치를 해상에 2개 이상의 복수 조합으로 설치하여 대량의 해수를 담수화하는 구성을 설명하는 도면으로, 해상 설치 형식(200,201)의 해수 담수화 장치는 해상 구조물 지지대에(202)에 고정되어, 해수(203)면과 섬유질 판(도1의14와 동일)에 연결된 막대형 섬유질이 상시 접촉되어 해수를 해수 담수화 장치에 상시 공급하고, 공급된 해수는 태양 복사열(210,211)에 의해 담수화되어 유도배관(204)을 통해 담수 저장용 해상 수조(205)에 저장되고, 저장된 담수는 이송펌프 및 이송배관(206)을 통하여 육상(212)에 설치된 담수 저장용 육상 수조(207)로 이송 저장되어, 해수의 담수화가 이루어지고, 이를 위해 해상에 설치되는 해상 구조물 지지대(202)는 부력탱크 또는 부이(209)를 갖추어 해수면과 일정 간격을 상시 유지하며, 해저 면에 고정 장치를 갖추어 고정된다.

또한 격실(도1의 10)과 해수 저장 수조(도1의) 및 담수 저장 수조(도1의)가 각각 분리형의 구성을 갖는다.

상기의 과정을 거쳐 담수화된 담수는 담수 배출펌프 및 배출배관(208)을 통하여 산업에 이용하는 해상(203)설치 형식(200,201)의 해수 담수화 장치이다.

도4는 상기의 도1의 실시예로서 본 발명의 해수 담수화 장치를 휴대용으로 사용 하도록 고안된 소형화된 장치로서, 재질이 비닐 등의 경량 재질로 구성된 해수 공급용 튜브 또는 링거용 팩(301)으로 부터 연결 호스(317)를 통해 해수를 해수 담수화 장치(300)에 공급하고, 공급된 해수는 상기의 도1과 같은 동일한 담수화 과정을 거처 담수화된다.

이하 해수 저장수조(308), 담수 저장 수조(309), 유도배관(310), 섬유질 흡수 층 또는 판(311), 알루미늄 판 또는 단열재(314), 유도관(315), 격실 상부 하우징(316), 해수(319), 담수(320)는 도1과 동일한 구성 및 기능을 갖으며, 해수 공급용 튜브 캡 또는 뚜껑(302), 해수 공급용 차단 밸브(303), 담수 저장용 차단 밸브(307), 해수 주입구(304), 담수 배수구(306), 해수 배수용 차단 밸브(312), 해수 배수구(313)는 일반적 사용법에 따르는 명칭과 기능을 갖는다.

또한 격실(도1의 10)과 해수 공급용 수조(도1의13) 및 담수 저장 수조(도1의18)가 일체형의 조합된 구성을 갖는다.

상기의 과정을 거쳐 담수화된 담수는 구난 선박에서 활용 되거나 섬과 같은 고립된 지역에서 활용토록 하는 휴대형식의 해수 담수화 장치이다.

도 5 는 본 발명에 따른 실시 예를 보인 도1의 평 단면도 도면으로, 이하 도1과 동일한 명칭과 기능을 갖는다.

격실 외벽(400), 격실 내벽(401), 유도관 내벽(402), 유도관 외벽(403), 유도관 물받이 홈(404), 유도관(405), 격실 바닥(406), 격실 바닥 관통구멍(407), 해수 공급구(408), 담수 배출구(409).

도 6 은 본 발명에 따른 실시 예를 보인 도1의 섬유질 판 또는 단열 판 부분 평 단면도 도면으로, 이하 도1과 동일한 명칭과 기능을 갖는다.

격실 외벽(500), 격실 내벽(501), 섬유질 판 또는 단열재 판(502), 유도배관(503), 섬유질 판 또는 단열재 판 관통 구멍(504).

따라서 본 발명은 태양열을 이용하여 해수를 담수화 함 으로서 섬지역이나 조난선 등의 고립된 여건에서의 해수 담수화를 가능토록하고, 본 발명의 장치를 다 수의 조합을 통하여 대량의 담수화 설비를 갖추어 이용함으로서, 전기나 석유등의 물리적 또는 화학적인 에너지의 소비 없이 태양열을 이용한 자연 친화적인 해수의 담수화 기능을 갖도록 하는 것이다.

Claims (3)

1. 해수 담수화 장치에 관한 것으로서 태양열을 이용하여 해수를 담수화 하도록 한 것이다.
   즉 본 발명은 도1에 도시된 바와 같이 밀폐된 격실(10)의 내부공간이 공간 외부의 대기와 차단되는 빈 공간 즉 중공을 갖는 반원구형 형상의 밀폐된 격실을 구비하고, 이러한 반원구형 격실은 격실의 상부 하우징(11)이 투명한 유리나 아크릴 또는 비닐 막 등의 소재를 사용한 돔 형상으로 구성되어지고, 격실의 내부에는 중공을 갖도록 하여서, 격실의 외부로부터 외부의 태양열이 격실 내부로 통과되어, 격실 내부의 하단 바닥 부분의 섬유질 판에 배여 있는 해수를 가열시키도록 하고, 태양열(20)에 의해 가열된 해수는 격실의 내부의 빈 공간 중공으로 해수의 수분(21)이 증발되어 해수와 수분의 분리가 이루어지며, 해수와 분리된 수분은 반원구형의 격실 상부 하우징 내벽 부분에 응결되어지고, 격실 상부 하우징 내벽에 응결된 수분은 내벽의 기울기에 따라서 아래쪽으로 흘러내려서 격실 내벽의 하단부에 위치한 유도관(16)에 집수되어 담수화 된다.
   또한 격실의 내부에 해수가 계속해서 공급 되도록 격실의 하단 바닥부분(22)에는 섬유질 소재로 구성된 섬유질 판(14)이 구비되고, 섬유질 판의 하단부에는 섬유질 판이 연장되어 막대형으로 돌기되는 다수의 섬유질 막대(14a)가 격실의 바닥을 관통(단열 판 부분도 동일)하여 해수 공급 수조(13)의 내부의 해수와 접촉되도록 연결되어서, 해수를 흡수(모세관 현상에 의해)하는 섬유질의 특성에 따라 격실 내부 섬유질 판으로 해수를 계속해서 공급하고, 공급된 해수는 태양열에 의해 증발되는 과정을 반복하는 구조를 통하여 해수를 담수화 하는 수단을 구비한 것이다.
   여기서 반원구형의 격실은 격실의 내부와 외부가 대기와 격리되어, 태양열(20)에 의해 증발되는 해수의 수분이 격실의 내부 빈 공간으로 증발되고, 증발된 수분(21)은 격실 내부 공간에서 대류 되어 격실 상부 하우징의 내벽에 응결되며, 격실 상부 하우징의 내벽에 응결된 수분은 반원구형의 격실 상부 하우징 내벽 기울기 형상에 따라 낮은 쪽으로 흐르게 되어, 격실 내벽 하단부에 위치한 물받이 형상의 유도관(16)에 고여서 해수와 담수의 분리가 이루어진다.
   아울러 격실의 상부 하우징(11)은 원뿔형이나 피라미드형 등의 외형도 사용될 수 있으며, 이하 반원구형으로 통칭하고 생략하며, 또한 격실은 사용 용도에 따라 해수 공급 수조(13) 및 담수 저장 수조(18)와 일체형(도1,도2,도4)으로 구성되거나 따로 분리형(도3,도5,도6)으로 구성되는 형상을 갖는다.
   이와 같은 해수의 담수화 과정이 연속적으로 가능 하도록 하기 위하여, 격실 내부에 해수가 계속해서 공급 되도록, 해수의 지속적인 공급을 위해서는 격실의 하단 바닥에 섬유질로 구성된 판(14) 하단 부분에 섬유질 판이 연장되어 막대형으로 돌기되는 다수의 섬유질 막대(14a)가 격실의 바닥을 관통(단열 판 부분도 동일)하여, 해수 공급 수조(13) 내부의 해수와 접촉되도록 연결되어서, 격실 내부로 섬유질의 모세관 현상을 이용해 해수를 연속적으로 공급하여서, 섬유질로 구성된 판(14) 부분에 해수가 고여지도록 하고, 또한 섬유질 판의 하단에는 알루미늄 판재나 단열 기능을 갖는 판(15)을 구비하여, 태양열에 의해 가열된 섬유질 판에서 수분 증발이 효과적으로 이루어지도록 해서, 격실의 중공 부분으로 태양열의 복사(20)에 의한 수분(21)증발의 대류가 지속 되도록 한다.
   상기와 같은 과정을 통하여, 외부의 해수 공급원에서 해수 공급용 배관(12)을 통해 공급되는 해수로부터 분리된 담수를 유도관(16)과 연결된 유도배관(17)을 통하여 담수 저수조(18)에 저장하여 해수로부터 담수를 분리 하는 기능을 갖으며, 생산 저장된 담수는 담수 공급 배관(19)을 통해 담수를 외부로 공급하여 산업에 이용하는 해수 담수화 장치.
2. 청구항 1에서 청구항1이 두 개 이상의 복수의 조합으로 구성되어 육상 또는 해상에 설치되어지는 해수 담수화 장치.
3. 청구항 1에서 청구항1이 단수로 도4와 같이 휴대형으로 이용되는 해수 담수화 장치.

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