KR20110130320A - 해수담수화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수담수화 장치로서,
육상의 부동산을 차지하지 않으면서 경제적으로 해수담수화 시설로 제공하기 위한 본
발명은 전체적으로 크기 최소화가 될 수 있는 구조이며, 설치시 바로 사용가능하도록
중장기 사용 및 경제적이며 소형의 해수담수화 장치를 제공한다.

Description

해수담수화 장치{ Seawater Desalination System}

본 발명은 해수 담수화 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 해안가 또는 공유수면 지역이나 갯벌 또는 이들의 지중에 위치되어 조수 간만에 의해 유입되는 해수를 담수(민물)화가 가능한 해수 담수화 장치에 관한 것이다.

현대산업의 발전과 더불어 복잡한 도시화, 산업화로 더욱더 복잡한 세상 속에서 부동산에 대한 개발 및 투자로 산림은 황폐화되며 하천 등 해안가 도시주변의 바다는

육상과 해상 모두에 수질오염으로 걱정하며 수질정화에 수많은 과학자나 발명가들에 의해 수질오염으로부터 해결을 위해 연구 개발 노력에 최선을 다하고 있다.

그러나 해수는 민물과 달리 다량의 염분을 함유하여 해수를 담수화하기 위한 시설은

너무도 큰 규모와 막대한 투자와 시설을 갖추고 있어 개인 또는 각 가정에서 사용하기에는 무리가 있었다.

기술적으로 요구되는 해수로부터 담수를 획득하기 위해서는 해수에 용존되어 있거나 부유하는 성분들을 제거하여야 한다. 해수에 함유되어 있는 성분들은 특정 지역을 제외하고는 거의 일정하다.

담수를 생산하기 위하여 해수로부터 제거되어야 하는 성분들은 주로 이온 성분들이다.

해수의 담수화 방법은 크게 증발법과 역삼투법으로 나누어져 있다. 최근 들어 상대적으로 에너지 효율이 우수한 역삼투법이 널리 사용되고 있다. 역삼투법에 의하면, 고분자 분리막을 이용하여 해수에 함유되어 있는 성분을 분리함으로써 해수를 처리수와 농축수로 분리한다.

역삼투법을 이용하여 해수를 담수화하는 원리를 살펴보면, 해수에 삼투압 이상의 압력을 가하면 물은 역삼투막을 통과하여 정제되고 이온이나 분자들은 역삼투막을 통과하지 못하고 농축되게 된다. 담수화의 대상이 되는 해수의 염 농도가 높을수록 공급수에 가하는 압력의 크기는 커야한다는 사실은 이미 공지되었고,

무기물 및 이온성분 이외에도, 해수에는 미생물을 포함하는 생물 유기체가 포함되어 있다. 이러한 생물 유기체는 해수의 담수화 공정에 있어서 다음과 같은 많은 문제점을 야기한다.

담수화 설비의 각종 저장조, 여과기 및 배관 내에 생물 유기체가 부착됨으로써 바이오필름이 형성되는데, 이러한 현상을 바이오 파울링(bio-fouling)이라고 한다. 부착된 생물 유기체가 시간의 경과에 따라 성장하면, 즉 바이오 파울링이 심화되면 저장조, 여과기 및 배관은 제 기능을 수행할 수 없게 된다.

예를 들어, 바이오 파울링 현상이 장기간 지속할 경우 배관 내벽에 형성된 바이오필름으로 인해 배관이 막히고, 저장 탱크 내에 형성된 바이오 필름으로 인해 탱크의 저장 용량이 감소하고, 여과기 내에 형성된 바이오 필름은

여과기의 여과 성능을 저하시킨다. 또한, 바이오 필름으로 인한 설비의 부식이 발생할 수 있다. 따라서 아직까지는 소규모 또는 가난한 나라에서 손쉽게 바닷물을 민물화 하여 생활용수 또는 민물로 변화시키기엔 막대한 비용과 육상의 넓은 면적의 부동산이 요구된다는 단점이 있다.

또한, 휴대와 설치가 문제점이 있었으며, 필터 또는 중공사막방식 등의 방식은 중장기 사용에 문제가 있으므로, 사용자에게 편리하며 해수로부터 민물 또는 담수화 장치의 휴대와 설치 그리고 경제적이고 장기적인 사용 가능한 기술과 제품이 요구되고 있었다.

육상의 부동산을 차지하지 않으면서 경제적으로 해수담수화 시설로 제공하기 위한 본

발명은 전체적으로 크기 최소화가 될 수 있는 구조이며, 설치시 바로 사용가능하도록

중장기 사용 및 경제적이며 소형의 해수담수화 장치를 제공한다.

본 발명은 해수 담수화 장치에 관한 것으로서,

구체적으로는 해수가 있는 또는 존재하는 갯벌이나 바닷가, 연근해 등 해안지역에 설치 또는 이 지역의 지중 또는 수중에 설치되어 육상의 부동산을 차지하지 않게 되며 이 지역의 해수 간만의 차 또는 민물과 썰물 등 자연력에 의한 해수 유입으로 해수를 일정 수위 유입시키고, 유입된 해수를 가열하는 가열부 또는 발열체로 가열하여

수증기를 발생시키고 밀폐된 내부 공간에서 수증기를 응축되어 물방울을 모아 아래로 안내하여 민물이 고이게 하고, 수위센서를 통해 담수(민물)된 양의 정보를 검지 또는 감지하며 외부로부터 공급되는 상용전력, 태양력, 풍력, 조력, 파력등의 전력에 의해 제어부의 신호에 따라 물펌프를 가동하여 외부로 민물을 공급할 수 있는 수단으로 해수 담수화 장치를 제공한다.

이와 같이 본 발명은 해수담수화장치에 있어서, 자연력에 의한 해수유입으로 에너지 사용이 감소하여 연료 비용 및 공해물질 배출량이 감소되는 효과와 휴대와 설치가 간단하며 유지비용 등의 전체비용이 경제적인 효과가 있다.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명을 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 여러 가지 변형 및 수정할 수 있은 자명한 사실이다.

위와 같은 본 발명의 해수 담수화 시스템에 의하면, 해양 오염으로 인한 환경 문제를 유발하지 않음과 동시에 육상의 부동산을 차지하지 않고 해저 또는 해저 지면속 등 다양하게 설치 및 활용이 가능하며, 이때 필요한 전력은 기존 설비에 비해 최소화되어 휴대용 태양력발전 또는 고정 설치된 태양력발전, 풍력발전, 조력발전 등으로 연속적인 해수담수화로 민물을 제공할 수 있는 기능이 있다.

도 1은 본 발명의 해수담수화 장치(1)를 보인 외관사시도 이다.
도 2는 도 1의 측 절단면의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 해수담수화장치의 체크밸브 작동 모습(상)을 보인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 해수담수화 장치의 체크밸브 작동 모습(하)을 보인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 해수담수화 장치의 사용 예를 보인 단면도이다.
도 6은 또 다른 본 발명의 해수 담수화 장치의 사용 예를 보인 도이다.
도 7은 몸체 내부의 제어 함체 내부의 전자회로 구성도.

본 발명의 해수담수화장치를 첨부된 도면에 의해 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1은 본 발명의 해수담수화 장치(1)를 보인 외관사시도이다.

해수담수화장치(1)는 몸체(10)와 몸체(10) 저면부(아래쪽)에 해수 유입부(7)가 위치되며 몸체(10) 외주면 일측에는 민물 배출구(15)와 외부로부터 전력 공급과 통신을 할 수 있도록 방수케이블(100)이 방수 연결되어 외부로부터 전력을 공급할 수단을 제공한다.

도 2는 도 1의 측 절단구성도이며,

도 3은 본 발명의 해수담수화장치의 체크밸브 작동 모습을 보인 단면도이며,

도 4도 역시 본 발명의 해수담수화 장치의 체크밸브 작동 모습을 보인 단면도이다.

해수담수화 장치(1)의 몸체(10) 내부에는 일정수위로 해수유입 가능하며, 일정 수위로 유입된 해수를 저장 및 가열할 수 있는 가열(11) 또는 히터(또는 히터나 발열장치) 해수를 가열하는 수단이나 방법으로 수증기를 발생시키고 몸체(10) 내부공간(5)에서 포화한 수증기가 응결이나 응축 또는 냉각되어 물방울 모아져 중력에의해 밑으로 떨어지져 모아지게 하는 구성으로 민물저장부(13) 또는 민물저수조나 민물수용공간(13), 그리고 방수처리되고 내부에 전자회로(미도시)가 수용된 제어박스(30)와 외부로 민물을 물펌프(17)로 압력을 가해 외부 배출관(15)을 통해 외부로 민물을 공급하는 구성으로 이루어진다.

따라서 본 발명의 해수담수화장치(1)가 일정 수위 깊이로 잠겨 있어야 자연적으로

해수가 내부로 유입되는 구성이나 꼭 해수에 잠겨있지 않아도 외부로부터 해수를 끌어다가 강제 유입시켜도 동작이나 사용 또는 활용방법에도 본 발명의 활용이나 기능은 동일하며 본 발명의 범주안에 든다고 하겠다.

염분을 포함한 해수는 먼저 몸체(10) 저면부에 위치한 또는 몸체(10) 하부(또는 아래쪽)에 위치하는 해수유입구(7)의 내부관속(3)을 통해 몸체(10) 내부로 이동(또는 유입)하게 된다.

이때, 부유물질 등을 걸러내는 필터(20)를 통과한 해수는 한쪽 방향으로만 유체 이동을 가능하게 하는 체크밸브를 지나게 된다.

이러한 구성은 일정수위이상의 해수 유입을 막는 수직형 체크밸브가 유용하다.

이를 상세히 설명하면 일정수위를 설정하는 부력 부재(21)와 한 부분은 수직으로 일정길이 연장되어 부력 부재(21)를 지지하며 다른 쪽은 이동밸브(25)와 연결되는 수단이나 방법으로 가능하다.

이때, 이동밸브(25)의 상하 한계이동거리를 갖도록 각각 상하부에 상한한계턱(27)과 하한한계턱(29)이 존재하게 하여 해수가 유입됨에 따라 수직으로 수위는 높아지다가 상기 부력 부재(21)는 해수보다 가벼운 플라스틱 또는 나무, 내부에 공기가 있는 플라스틱 풍선 등이 사용될 수 있다. 이러한 이유는 수위높이에 따라 일정 해수만 유입시키기 위함이며 해수의 흐름을 일방향(한쪽 방향)으로 갖도록 하는 체크밸브 역할 또는 기능을 갖도록 하기 위함이다.

상기 해수유입구(7)는 도면에 보이는 것처럼 수직형태로 몸체(10) 외부에서부터 몸체(10) 내부로 일정길이 연장되며 중간에 체크밸브 그리고 발열체(11)가 있는 히터부까지 파이프 내부 공간에 해수를 안내할 수 있는 파이프 형태로 연장된다.

따라서 외부의 해수는 몸체(10) 내부로 들어오기 전에 필터(20)를 통과하고 수직 이동하다가 체크밸브를 지나 일정수위에서 더 이상 유입되지 않는 구조이다.

그리고 일정수위 또는 일정한 높이로 해수가 유입되면 유입된 해수를 가열하여 수증기를 발생하게 한다.

가열하는 방식으로는 유입된 해수 상부측 외주면을 따라 히터(발열체 등)(11) 또는 면상 발열체로 가열한다.

이때 가열온도는 30~90도 정도가 적당하다.

여기서 가열된 해수의 일부 물은 수증기로 해수를 이탈되어 몸체(10) 내부의 내부공간(5)의 어느 곳에 위치하게 되면서 끓임 없는 이동을 하다가 몸체(10)의 차가운 내벽에 응결되어 물방울이 되거나 몸체(10)의 내부공간(5)의 공간상에 떠돌다가 이웃하는 물 분자 또는 수증기를 만나 점차로 물방울 형태로 커져 중력에 의해 낙하하여 결국에는 몸체(10) 내부의 내부공간(5) 아래쪽에 위치한 민물을 가두어 모이게 하는 민물 저장공간(13)으로 자연스럽게 저장되는 구조이다.

그리고 몸체(10) 내부 한 부분에 위치하는 물펌프(17)가 몸체(10) 내부 일측에 위치 또는 설치되어 있는 방수기능의 제어박스(30)의 신호에 의해 물펌프(17)가 작동되어 저장된 내부 민물을 가압하여 배출관(15)을 통하여 외부로 배출할 수 있는 특징이 있는

본 발명의 해수담수화장치(1)이다.

본 발명의 해수담수화 장치(1)는 외주면 주위에 해수가 존재할 경우,

즉, 해수에 수침(또는 잠수)되었을 때, 수압에 의해 자연적으로 몸체(10) 내부로 해수가 일정 수위 유입되게 하면서 수위높이 부근에 발열장치나 발열수단으로 가열하여 수증기를 발생시키고 수증기를 냉각시켜 민물을 얻는 일체형 구성을 갖는다.

따라서 해수에 수침 또는 갯벌이나 모래사장 속에 묻혀 사용되므로 육상의

부동산을 차지하지 않는다.

이렇게 생성된 민물은 연장호스(200)를 통해 필요한 곳으로 보낼 수 있는 특징이 있다.

도 3에서처럼 외부의 몸체(10) 외부에 수직 파이프 또는 수직 관속에 존재하는 해수가 수직으로 일정높이 채워지는 모습을 설명하기 위해 보이는 도면이고,

도 4에서는 일정높이 이상의 수위를 넘지 못하도록 동작하는 체크밸브 구조를 설명하기 위해 보이고 있다.

여기서 상기 설명되거나 설명하고 있는 체크 밸브 형식이 아니어도 이와 유사한

일방향 해수 흐름과 저장 그리고 가열하여 수증기를 발생하는 가열부가 일체형으로 존재하는 구성도 본 발명의 구성이나 기술에 포함된다.

따라서 외부로부터 미소 전력으로도 해수담수화 할 수 있고 소형으로 휴대 및 운반과 설치가 용이한 발명이다.

도 5는 본 발명의 해수담수화 장치의 사용 예를 보인 단면도이며,

도 6은 또 다른 본 발명의 해수 담수화 장치의 사용 예를 보인 도이다.

도면에 보이는 것처럼 도 5는 바닷물(300) 또는 해수가 존재하는 갯벌이나 공유수면(900) 등의 지하에 매설되거나 설치되어 지상부가 완전히 묻혀 또는 해저 지중에 매립되어, 외부에서 볼 수 없도록 설치되어도 작동 및 동작이 가능하다.

이유는, 미량의 해수가 모래나 갯벌을 통해 유입되는 형태이면 본 발명의 기능을 충분히 발휘한다.

또한, 도 6에서는 해수에 잠기어 사용되는 모습을 보이고 있다.

외부로부터 전력을 공급받을 수 있도록 케이블(200)이 연결되고 연장호스(200)로 민물을 근거리에 떨어져 있는 육지의 나무(700)나 식물 또는 생활 용수로 공급이 가능하다.

상기 전력은 외부로부터 공급받되, 태양전지, 풍력발전기 또는 배터리 등 비교적 소 전력을 공급받아도 동작 가능한 특징이 있다.

상기 몸체(10)의 재질은 열전도가 좋은 금속일 경우 가장 효율이 좋다.

그 이유는 외부에 둘러쌓은 해수 또는 땅속의 온도에 의해 열의 이동이 일어나 차가워져 몸체(10) 내부의 수증기의 온도를 빨리 빼앗아 물방울 형성 효율에 도움이 된다.

그러나 금속재질 이외에 세라믹, 자기, 플라스틱 등 방수기능 또는 방수처리가 된 상태라면 어떤 재질이어도 적용 및 가능하다.

즉, 본 발명의 해수담수화 장치는 해수에 수침되거나 해저 상 또는 해저 지하에

매설되어 동작하는 큰 특징이 있다.

외부로부터 밀폐된 내부 공간을 갖는 몸체와 몸체 내부 수용공간 일측에는 방수기능의 제어함이 수용되어 외부로부터 공급되는 전력으로 해수가열 및 물펌프를 동작할 수 있는 제어함체를 수용하는 구성과, 상기 몸체 저면부에 수직 파이프나 관 형태로 몸체 외부의 해수를 해수압력으로 수직파이프나 관 형태로 몸체 내부로까지 일정 높이 수직 안내하되, 체크 밸브로 일정 수위만 유지시키며 저장하는 특징과 몸체 내부로 안내되어 저장된 해수를 가열하는 히터나 열선 등의 발열체가 저장된 해수를 일정온도 가온(가열)하여 수증기를 발생시켜 밀폐된 몸체 내부공간으로 퍼져나가게 한 후, 수증기들이 모여져 물방울이 형성되게 하는 몸체 내부의 내부공간에서 물방울이 중력에 의해 자연 낙하하되, 상기 몸체 내부의 내부 공간 바닥면에 민물을 저장할 수 있는 저장부가 형성 또는 수용시키는 구조를 갖으며, 민물의 수위를 측정하는 수위센서와 물펌프가 구비되고 제어함체의 전자적 제어부에 의해 물펌프를 동작시켜 저장된 민물을 몸체 외부의 배출관을 통해 민물을 외부에 공급할 수 있는 특징인 본 발명의 해수담수화 장치이다.

도 7은 몸체 내부의 제어 함체 내부의 전자회로 구성도이다.

해수를 일정 수위를 유지시키기 위한 또는 해수의 존재 유무의 정보를 얻을 수 있도록 해수 센서(9)와 담수화된 민물의 수량이나 수위 정보를 알 수 있는 담수수위센서(19)가 제어부(31)에 연결되며, 외부로부터 공급받아 동작하는 제어부 또는 제어함체(31)는 담수수위센서(19)와 내장된 프로그램에 의해 물펌프(17)를 제어하며

통신부(33)를 통해 외부와 유선 케이블(100)로 통신한다.

당연히 유선 케이블(100)로 제어부(31)는 전력을 공급받는 구성이며, 배터리나 태양전지, 풍력발전기, 조력발전기 등으로 해수담수화 기능을 수행한다.

부호 미설명 (101)은 각 센서들과 제어함체(31) 또는 전기장치 간 전기적 연결해주는 전선을 표시하기 위한 것이다.

<주요 도면부호에 대한 설명>
1 : 해수담수화 장치
3 : (속이 빈)파이프형 해수 유입부
10 : 몸체
11 : 발열체(히터, 면상 발열체, 램프 등)
15: 배출관
17: 물펌프
20: 필터
30 : 제어함(또는 전자제어장치)
100: 케이블
101: 수위센서
200: 연장호스
300: 바다(해수)
700: 나무

Claims (2)

1. 해수담수화 장치에 있어서,
   외부로부터 밀폐된 내부 공간을 갖는 몸체와 몸체 내부 수용공간 일측에는 방수기능의 제어함이 수용되어 외부로부터 공급되는 전력으로 해수가열 및 물펌프를 동작할 수 있는 제어함체를 수용하는 구성과, 상기 몸체 저면부에 수직 파이프나 관 형태로 몸체 외부의 해수를 해수압력으로 수직파이프나 관 형태로 몸체 내부로까지 일정 높이 수직 안내하되, 체크 밸브로 일정 수위만 유지시키며 저장하는 특징과 몸체 내부로 안내되어 저장된 해수를 가열하는 히터나 열선 등의 발열체가 저장된 해수를 일정온도 가온(가열)하여 수증기를 발생시켜 밀폐된 몸체 내부공간으로 퍼져나가게 한 후, 수증기들이 모여져 물방울이 형성되게 하는 몸체 내부의 내부공간에서 물방울이 중력에 의해 자연 낙하하되, 상기 몸체 내부의 내부 공간 바닥면에 민물을 저장할 수 있는 저장부가 형성 또는 수용시키는 구조를 갖으며, 민물의 수위를 측정하는 수위센서와 물펌프가 구비되고 제어함체의 전자적 제어부에 의해 물펌프를 동작시켜 저장된 민물을 몸체 외부의 배출관을 통해 민물을 외부에 공급할 수 있는 특징인 본 발명의 해수담수화 장치이다.
2. 청구항 1항에 있어서,
   상기 해수담수화 장치는 해수에 수침되거나 해저 상 또는 해저 지하에
   매설되는 특징인 본 발명의 해수담수화 장치이다.
   

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