KR20150046412A - Pro 압력을 이용한 염도차 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PRO 장치에서 생성된 압력을 이용하여 높은 발전 효율을 얻는 염도차 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 염도차 발전 시스템은 고압의 염수와 담수를 배출하는 PRO 장치와, 상기 PRO 장치에서 배출된 고압의 염수와 담수의 압력을 조절하는 압력조절밸브와, 상기 압력조절밸브에서 압력이 조절된 고압의 염수와 담수를 주입받아 발전을 하고 배출하는 RED 장치를 구비하며, 상기 압력조절밸브는 상기 RED 장치의 발전 효율을 위해 염수와 담수의 압력을 조절한다. 본 발명에서는 PRO 장치와 압력회수장치를 이용하여 고압의 염수와 담수를 얻고, 이를 압력조절밸브를 이용해 최적 압력의 염수와 담수로 변환한 후 RED 장치에 공급함으로써 높은 발전 효율을 갖는 염도차 발전 시스템을 구현할 수 있다.

Description

PRO 압력을 이용한 염도차 발전 시스템 {A SALINITY GRADIENT POWER GENERATION SYSTEM USING PRO PRESSURE}

본 발명은 염도차 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 PRO 장치에서 생성된 압력을 이용하여 높은 발전 효율을 얻는 염도차 발전 시스템에 관한 것이다.

경제 발전과 인구 증가에 따라 에너지 소비량은 지속적으로 증가하고, 매장된 석유 자원은 고갈되어감에 따라 신재생에너지의 필요성은 절대적이다. 그 중에서도 현재까지 미미하게 이용되는 해양에너지(Blue Energy)를 통한 발전 가능성의 현실화는 절대적으로 필요하다 할 것이다.

수력발전은 발전소를 건설할 수 있는 장소적 제약이 크고 발전소 건설비용이 막대한 문제점이 있다. 풍력발전 역시 건설할 수 있는 장소적 제약이 클 뿐만 아니라, 바람의 세기가 시간에 따라 변화하기 때문에 일정한 세기의 전력을 생산하는 것이 어렵다. 태양열 발전을 위해서는 거대한 공간을 필요로 할 뿐만, 아니라 발전량도 적고 날씨에 따라 발전효율이 크게 달라서 아직까지 보조적인 전력공급원으로 사용되고 있는 현실이다.

이에 비해 염도차 발전 시스템(salinity gradient power generation system)는 기후와 시간에 제약을 받지 않는 전천후 발전장치로서, 친환경적이며 발전의 영속성을 유지할 수 있는 장점이 있다. 해양 염분차 발전을 통해 1톤당 획득 에너지량은 1.7MJ이나, 지구 표면적의 71%를 차지하는 전체 해수(海水)의 양을 볼 때 본 기술의 경제적 및 산업적 파급효과는 너무나 크다.

염도차 발전 방법으로 현재까지 주로 연구된 것은 압력지연삼투(Pressure Retarded Osmosis : PRO) 방식과 역전기투석(Reverse ElectroDialysis : RED) 방식이다. 이 중 RED 방식은 높은 발전 효율을 위해 염수와 담수가 적절한 압력으로 주입되어야 한다. 통상 이러한 압력을 위해 펌프를 사용하는데, 펌프는 전력을 소모하는 장치이므로 결국 전체 시스템의 발전 효율을 떨어뜨리는 이유가 된다.

따라서 본 발명은 PRO 장치를 이용하여 RED 장치에 필요한 압력을 생성함으로써 높은 발전 효율을 갖는 염도차 발전 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한 본 발명은 펌프를 사용하지 않고 최적의 압력으로 염수와 담수를 RED 장치에 공급하여 높은 발전 효율을 갖는 염도차 발전 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 염도차 발전 시스템에 있어서, 고압의 염수와 담수를 배출하는 PRO 장치와, 상기 PRO 장치에서 배출된 고압의 염수와 담수의 압력을 조절하는 압력조절밸브와, 상기 압력조절밸브에서 압력이 조절된 고압의 염수와 담수를 주입받아 발전을 하고 배출하는 RED 장치를 구비하며, 상기 압력조절밸브는 상기 RED 장치의 발전 효율을 위해 염수와 담수의 압력을 조절하는 것을 일 특징으로 한다.

바람직하게는, 저압의 고농도 염수를 주입받고, 상기 PRO 장치에서 배출되는 고압의 염수를 이용하여 상기 주입받은 저압의 고농도 염수를 고압의 고농도 염수로 변환하여 상기 PRO 장치에 염수로 제공하는 제1 압력회수장치를 더 구비한다. 또한, 저압의 담수를 주입받고, 상기 PRO 장치에서 배출되는 고압의 염수를 이용하여 상기 주입받은 저압의 담수를 고압의 담수로 변환하여 상기 PRO 장치에 담수로 제공하는 제2 압력회수장치를 더 구비한다. 또한, 상기 RED 장치에서 배출된 염수 및 담수가 교대로 주입되는 제1 캡믹스 장치 및 제2 캡믹스 장치와, 상기 제1 캡믹스 장치에 염수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 담수를 제공하고, 상기 제1 캡믹스 장치에 담수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 염수를 제공하는 교차밸브를 더 구비한다.

또한 본 발명은 염도차 발전 시스템에 있어서, 고압의 염수와 담수를 배출하는 PRO 장치와, 상기 PRO 장치에서 배출된 고압의 염수와 담수의 압력을 조절하는 압력조절밸브와, 상기 압력조절밸브에서 압력이 조절된 고압의 염수와 담수를 주입받아 발전을 하고 배출하는 RED 장치와, 상기 PRO 장치에서 배출되는 고압의 염수를 이용하여 저압의 고농도 염수를 고압의 고농도 염수로 변환하여 상기 PRO 장치에 염수로 제공하는 제1 압력회수장치와, 상기 PRO 장치에서 배출되는 고압의 염수를 이용하여 저압의 담수를 고압의 담수로 변환하여 상기 PRO 장치에 담수로 제공하는 제2 압력회수장치를 구비하며, 상기 압력조절밸브는 상기 RED 장치의 발전 효율을 위해 염수와 담수의 압력을 조절하는 것을 다른 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2 압력회수장치는 저압의 염수를 배출하고, 상기 제1 및 제2 압력회수장치에서 배출된 저압의 염수는 상기 교차밸브로 제공된다.

본 발명에서는 PRO 장치와 압력회수장치를 이용하여 고압의 염수와 담수를 얻고, 이를 압력조절밸브를 이용해 최적 압력의 염수와 담수로 변환한 후 RED 장치에 공급함으로써 높은 발전 효율을 갖는 염도차 발전 시스템을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 교차밸브가 캡믹스 장치에 교대로 염수와 담수를 제공하는 방법을 설명하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 실시 예들을 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 가급적 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 염도차 발전 시스템 구성도이다. 도시된 바와 같이, 염도차 발전 시스템(100)은 PRO 장치(10), RED 장치(40), 2개의 캡믹스 장치(50, 52)를 구비하고 있다.

고농도 염수는 펌프(2)를 통해 압력이 인가되고 저압 상태로 압력회수장치(20)에 주입된다. 압력회수장치(20)는 PRO 장치(10)에서 배출된 저농도의 고압 염수를 주입받고 이를 이용해 저압의 고농도 염수를 고압의 고농도 염수로 변환하고, PRO 장치(10)의 제2 공간(14)에 주입한다. 담수는 펌프(4)를 통해 압력이 인가되고 저압 상태로 압력회수장치(22)에 주입된다. 압력회수장치(22)는 PRO 장치(10)에서 배출된 고압의 저농도 염수를 주입받고 이를 이용해 저압의 담수를 고압의 담수로 변환하고, PRO 장치(10)의 제1 공간(12)에 주입한다.

PRO 장치(10)의 제1 공간(12)에 주입된 고압의 담수는 삼투압의 차이로 인해 삼투막(16)을 통과하여 제2 공간(14)으로 이동하며, 이로 인해 PRO 장치(10)는 고압의 저농도 염수를 배출한다. PRO 장치(10)에서 배출된 고압의 저농도 염수의 일부는 전술한 바와 같이 압력회수장치(20, 22)에 주입되어 저압의 고농도 염수와 담수를 고압의 고농도 염수와 담수로 전환하고, 일부는 압력조절밸브(18b)를 통해 적절한 압력으로 조절된 후에 RED 장치(40)에 주입된다. PRO 장치(10)에서 배출된 고압의 담수는 압력조절밸브(18a)를 통해 적절한 압력으로 조절된 후 RED 장치(40)에 주입된다. PRO 장치(10)에서 배출되는 저농도 염수와 담수의 압력이 고압이므로 RED 장치(40)에 제공하는 과정에서 별도의 펌프를 사용할 필요가 없다. 압력조절밸브(18a, 18b)는 PRO 장치(10)에서 배출되는 고압의 저농도 염수와 담수의 압력을 조절하여 RED 장치(40)의 발전 효율이 최적화 되도록 한다.

RED 장치(40)는 압력이 조절된 고압의 저농도 염수와 담수를 주입받아 고효율로 발전을 하고, 저농도 염수와 담수를 배출한다. RED 장치에서 배출된 저농도 염수와 담수는 교차밸브(42)로 제공된다. 또한 압력회수장치(20, 22)에서 배출되는 저농도 염수도 교차밸브(42)로 제공된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 교차밸브(42)가 캡믹스 장치(50, 52)에 교대로 염수와 담수를 제공하는 방법을 설명하는 도면이다. 교차밸브(42)는 캡믹스 장치(50)에 저농도 염수와 담수를 교대로 제공한다. 또한 교차밸브(42)는 캡믹스 장치(52)에 담수와 저농도 염수를 교대로 제공한다.

캡믹스 장치(50, 52)에 염수가 제공되면 Na+, Cl-가 분리되어 캡믹스 장치(50, 52)의 양쪽 전극부(도시되지 않음)에 저장되고, 저장이 끝난 후 담수가 주입되면 양쪽 전극부에서 이온들이 빠져나오면서 발전이 이루어진다. 캡믹스 장치(50, 52)를 통과한 염수와 담수는 서로 섞이게 되므로 다른 염도차 발전 장치와 결합하여 사용할 때는 다른 염도차 발전 장치의 출력단에 연결한다.

교차밸브(42)에 의해 캡믹스 장치(50)에 염수가 주입될 때 캡믹스 장치(52)에는 담수가 주입된다. 반대로 캡믹스 장치(50)에 담수가 주입될 때 캡믹스 장치(52)에는 염수가 주입된다. 이와 같이 하여 두 개의 캡믹스 장치(50, 52)는 교대로 발전을 하게 되며 전체적으로 연속적인 출력을 발생하게 된다.

염도차 발전 시스템(100)은 PRO 장치(10)에서 만들어진 압력을 이용함으로써 RED 장치(40)와 캡믹스(50, 52)에서 펌프 동력을 사용하지 않아도 되므로 결과적으로 발전 효율이 높게 된다. 또한 최적화된 압력의 염수와 담수를 이용하므로 RED 장치(40)는 높은 발전 효율을 얻게 된다. 또한 병렬로 연결된 두 개의 캡믹스 장치(50, 52)에서 두 번째 발전을 하여 발전 효율을 높인다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (7)

1. 고압의 염수와 담수를 배출하는 PRO 장치와,
   상기 PRO 장치에서 배출된 고압의 염수와 담수의 압력을 조절하는 압력조절밸브와,
   상기 압력조절밸브에서 압력이 조절된 고압의 염수와 담수를 주입받아 발전을 하고 배출하는 RED 장치를 구비하며,
   상기 압력조절밸브는 상기 RED 장치의 발전 효율을 위해 염수와 담수의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 염도차 발전 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   저압의 고농도 염수를 주입받고, 상기 PRO 장치에서 배출되는 고압의 염수를 이용하여 상기 주입받은 저압의 고농도 염수를 고압의 고농도 염수로 변환하여 상기 PRO 장치에 염수로 제공하는 제1 압력회수장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 염도차 발전 시스템.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   저압의 담수를 주입받고, 상기 PRO 장치에서 배출되는 고압의 염수를 이용하여 상기 주입받은 저압의 담수를 고압의 담수로 변환하여 상기 PRO 장치에 담수로 제공하는 제2 압력회수장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 염도차 발전 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 RED 장치에서 배출된 염수 및 담수가 교대로 주입되는 제1 캡믹스 장치 및 제2 캡믹스 장치와,
   상기 제1 캡믹스 장치에 염수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 담수를 제공하고, 상기 제1 캡믹스 장치에 담수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 염수를 제공하는 교차밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 염도차 발전 시스템.
   
5. 고압의 염수와 담수를 배출하는 PRO 장치와,
   상기 PRO 장치에서 배출된 고압의 염수와 담수의 압력을 조절하는 압력조절밸브와,
   상기 압력조절밸브에서 압력이 조절된 고압의 염수와 담수를 주입받아 발전을 하고 배출하는 RED 장치와,
   상기 PRO 장치에서 배출되는 고압의 염수를 이용하여 저압의 고농도 염수를 고압의 고농도 염수로 변환하여 상기 PRO 장치에 염수로 제공하는 제1 압력회수장치와,
   상기 PRO 장치에서 배출되는 고압의 염수를 이용하여 저압의 담수를 고압의 담수로 변환하여 상기 PRO 장치에 담수로 제공하는 제2 압력회수장치를 구비하며,
   상기 압력조절밸브는 상기 RED 장치의 발전 효율을 위해 염수와 담수의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 염도차 발전 시스템.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 RED 장치에서 배출된 염수 및 담수가 교대로 주입되는 제1 캡믹스 장치 및 제2 캡믹스 장치와,
   상기 제1 캡믹스 장치에 염수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 담수를 제공하고, 상기 제1 캡믹스 장치에 담수가 제공될 때 상기 제2 캡믹스 장치에 염수를 제공하는 교차밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 염도차 발전 시스템.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 압력회수장치는 저압의 염수를 배출하고, 상기 제1 및 제2 압력회수장치에서 배출된 저압의 염수는 상기 교차밸브로 제공되는 것을 특징으로 하는 염도차 발전 시스템.

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