KR101239440B1 - Power generation system using salinity gradient of salt water and fresh water - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 종래와 달리, 삼투압에 의한 고압의 염수흐름을 2개의 피스톤이 연동된 압력교환장치를 사용하여, 압력을 회수하여, 재사용할 뿐만 아니라, 피스톤 왕복운동의 기계적 에너지를 이용하여 동력을 발생시킴으로써, 압력이 높고 유량이 적은 압력지연 삼투방식에서의 에너지회수 효율을 현저히 향상시킨 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation system using the salinity difference energy between salt water and fresh water, and more specifically, unlike the prior art, the high pressure salt water flow by osmotic pressure using a pressure exchange device with two pistons interlocked, It is possible to recover the salinity difference energy between brine and freshwater, which not only recovers and reuses, but also generates power by using mechanical energy of the piston reciprocating motion, which significantly improves energy recovery efficiency in the high pressure and low flow rate delay osmosis system. It relates to a power generation system used.
최근 산업화로 인하여 화석에너지가 무분별하게 사용되었고, 이로 인하여 온실가스의 농도는 점차 증가하는 반면 화석 연료의 부존량은 점차 감소하고 있다. 특히 온실가스의 농도 증가는 기온 및 해수면 상승을 야기하였으며, 이상기후 현상을 초래하게 되었다.Due to the recent industrialization, fossil energy has been used indiscriminately. As a result, the concentration of greenhouse gases is gradually increased while the amount of fossil fuel is gradually reduced. In particular, increasing the concentration of greenhouse gases caused rises in temperature and sea level, resulting in abnormal climate events.
이에, 에너지의 효율적인 사용 및 절약은 일차적인 대책으로는 일부 효과가 있지만 근본적으로 온실가스 배출의 84%를 차지하는 에너지 연소부분 자체를 감소시켜야 하며, 이를 위해서는 미래에너지원으로 지속가능하고 탄소배출이 없는 새로운 에너지에 대한 연구개발 및 실용화가 필요한 시점이다. Therefore, the efficient use and saving of energy have some effects as the primary measures, but the energy combustion part, which accounts for 84% of the greenhouse gas emissions, must be reduced, which is a sustainable and carbon-free future energy source. It is time for research and development and commercialization of new energy.
현재 각광받고 있는 신재생에너지로는 태양광, 풍력 및 수력(소수력)을 이용한 에너지가 있고, 신재생에너지 개발 방향은 이들에 편중되어 있다. 이 같은 주요 신재생에너지는 높은 초기 투자비용 및 출력의 불안정성, 생태계 교란과 같은 문제점을 가지고 있다.At present, the renewable energy that is in the spotlight includes energy using solar light, wind power, and hydropower (hydropower), and the direction of development of renewable energy is concentrated on them. Such major renewable energy has problems such as high initial investment cost, output instability, and ecosystem disturbance.
이에 반하여 해수와 담수의 염도 차이를 에너지로 회수하는 발전 방식은 신재생에너지의 장점에 더하여, 생태계를 교란시키지 않으면서도 안정적인 출력을 확보할 수 있고, 하구 둑 및 방조제와 연계하여 해양면적을 활용함으로서 초기 설치비용을 감소시킬 수 있는 이점이 있어, 최근 이에 대한 연구가 유럽을 중심으로 진행되고 있다.On the other hand, the generation method of recovering the salinity difference between seawater and freshwater as energy, in addition to the advantages of renewable energy, can secure a stable output without disturbing the ecosystem, and utilizes the sea area in connection with the estuary weir and embankment. There is an advantage that can reduce the initial installation cost, the recent research has been conducted mainly in Europe.
이렇게 해수와 담수의 농도 차이를 이용하는 에너지 회수 기술은 1975년 이스라엘의 Sidney Loeb 교수에 의하여 처음 제안된 압력지연 삼투방식과 역전기투석 방식으로 대별할 수 있는데, 현재 노르웨이의 전력회사인 Statkraft사와 네덜란드의 지속가능수력기술센터(Wetsus)에서 각각의 연구가 진행되고 있다.This energy recovery technique using the difference in seawater and freshwater concentrations can be roughly classified into pressure delayed osmosis and reverse electrodialysis, first proposed by Professor Sidney Loeb of Israel in 1975. Each study is underway at the Sustainable Hydro Technology Center (Wetsus).
이로부터 다양한 해수와 담수의 농도 차이를 이용하는 에너지 회수 기술이 연구되고 있으나, 각 기술들은 복잡한 장치들이 다수 사용되어 경제성이 떨어지지거나, 수력학적 압력을 주기 위해 추가에너지의 공급이 필요함으로써, 발전효율이 낮은 문제가 있었다. From this, energy recovery techniques using various concentrations of seawater and freshwater have been studied. However, each technology has a large number of complex devices, which are economically inefficient, or require additional energy to supply hydraulic pressure. There was a low problem.
특히, 압력지연삼투는 해수와 담수간의 농도차에 의한 삼투압을 에너지로 회수하는 방법으로, 현재의 해수와 담수가 투입된 압력지연 삼투시스템에서는 희석된 염수가 높은 압력으로 방출되어, 터빈을 운전하는데 사용된다.In particular, pressure delay osmosis is a method of recovering the osmotic pressure by energy due to the difference in concentration between seawater and freshwater. In current pressure delay osmosis system in which seawater and freshwater are injected, diluted brine is released at high pressure and used to operate a turbine. do.
이러한 압력지연 삼투방식의 동력발생 시스템에서는 방출되는 높은 압력의 염수를 이용하여 터빈을 운전하는 방법을 취하고 있는데, 높은 압력의 흐름보다는 많은 유량을 가진 흐름에 유리한 수력 터빈의 기계적 특성 때문에, 고압이지만 작은 유량이 방출되는 압력 지연 삼투 방식에 적용하기에는 에너지의 회수에 있어서 불리한 단점이 있다.In this pressure delay osmosis power generation system, a turbine is operated by using high pressure brine discharged, which is high pressure but small due to the mechanical characteristics of the hydro turbine, which is advantageous to a flow having a large flow rate rather than a high pressure flow. There is a disadvantage in recovering energy for application to pressure delayed osmosis systems in which flow rates are released.
따라서, 에너지회수시스템을 단순화하여 구축비용을 현저히 감소시키면서도, 에너지 회수효율을 증가시킬 수 있는 기술의 개발이 요구되어 왔다. Therefore, there has been a demand for the development of a technology that can increase the energy recovery efficiency while significantly reducing the construction cost by simplifying the energy recovery system.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래에 단순히 삼투압으로 터빈을 돌려 동력을 발생시키는 시스템과 달리, 삼투압에 의한 고압의 염수흐름에 대하여, 2개의 피스톤이 연동된 압력교환장치를 사용하여, 압력을 회수하여, 시스템 가동에 재사용할 뿐만 아니라, 압력교환장치의 피스톤 왕복운동의 기계적 에너지를 이용하여 동력을 발생시킴으로써, 압력이 높고 유량이 적은 압력지연 삼투방식에서의 에너지회수 효율을 현저히 향상시킨 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the above problems, unlike the conventional system for generating power by simply turning the turbine to osmotic pressure, using a pressure exchange device with two pistons linked to the high-pressure salt water flow by osmotic pressure, Not only can pressure be recovered and reused for system operation, but also power is generated using the mechanical energy of the piston reciprocating motion of the pressure exchanger, which significantly improves energy recovery efficiency in high pressure and low flow rate delay osmosis systems. It is an object of the present invention to provide a power generation system using salinity difference energy between salt water and fresh water.
또한, 압력회수장치와 동력발생장치를 일체화함으로써, 공정을 단순화하고, 시스템 구축에 필요한 비용을 현저히 절감함으로써, 경제성을 향상시킨 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, by integrating a pressure recovery device and a power generating device, to simplify the process and to significantly reduce the cost required to build a system, to provide a power generation system using the salt water-salinity energy between the brine-fresh water, which has improved economic efficiency. do.
또한, 2개의 실린더를 이용한 압력교환장치와 자동밸브를 사용함으로써, 수동조작없이 연속으로 작동할 수 있는 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is also an object of the present invention to provide a power generation system using salinity-fresh water between salt water and fresh water that can be continuously operated without manual operation by using a pressure exchange device using two cylinders and an automatic valve.
또한, 염도차에 의한 삼투압발생부와 압력교환장치간에 다양한 밸브를 배치하는 등 그 구성을 최적화함으로써, 에너지효율을 극대화시킬 수 있는 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, by optimizing its configuration, such as arranging various valves between the osmotic pressure generating unit and the pressure exchange device due to the salinity difference, it is an object to provide a power generation system using the salinity difference energy between salt water and fresh water that can maximize energy efficiency. It is done.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템은, 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템에 있어서, 상기 담수를 공급하는 담수공급부; 상기 염수를 공급하는 염수공급부; 반투막을 경계로, 상기 담수공급부에 연결된 저농도영역과 상기 염수공급부에 연결된 고농도영역을 갖는 삼투부; 및 유출입포트가 형성된 적어도 2개의 실린더, 상기 적어도 2개의 실린더 각각의 내부에 위치하는 피스톤, 상기 피스톤을 연결하는 피스톤로드를 갖는 압력교환부;를 포함하여 이루어지며, 상기 삼투부에서 발생한 압력으로 전달된 상기 고농도영역의 염수가 상기 압력교환부의 실린더 중 어느 하나에 유입됨으로써, 상기 피스톤로드를 왕복운동시켜, 상기 삼투부에서 발생한 압력을 회수하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a power generation system using the salinity difference energy between salt water and freshwater, according to the present invention, a power generation system using the salinity difference energy between salt water and fresh water, the fresh water supply unit for supplying the fresh water; A brine supply unit for supplying the brine; An osmosis unit having a low concentration region connected to the fresh water supply unit and a high concentration region connected to the salt water supply unit, at the boundary of the semipermeable membrane; And a pressure exchange unit having at least two cylinders having an outlet port, a piston located inside each of the at least two cylinders, and a piston rod connecting the pistons. The salt water in the high concentration region is introduced into any one of the cylinders of the pressure exchange unit, thereby reciprocating the piston rod to recover the pressure generated in the osmosis unit.
상기 압력교환부에서, 상기 피스톤로드에 연결되어, 상기 피스톤로드의 왕복운동에너지를 회수하여, 동력을 발생시키는 동력발생부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a power generating unit connected to the piston rod to recover the reciprocating kinetic energy of the piston rod to generate power.
또한, 상기 압력교환부에서, 상기 실린더 내부는 상기 피스톤을 경계로, 상기 피스톤로드가 위치하는 제 1영역과, 그 외의 제 2영역으로 구분되며, 상기 실린더 및 상기 염수공급부와 연결되어, 상기 염수를 상기 제 1영역에 공급하는 염수유입밸브; 또는 상기 실린더와 연결되며, 상기 제 1영역에서 배출되는 염수의 역류를 방지하는 역류방지밸브; 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, in the pressure exchange unit, the inside of the cylinder is divided into a first region in which the piston rod is located, and a second region in which the piston rod is located, and is connected to the cylinder and the brine supply unit, wherein the brine Salt water inlet valve for supplying the first area; Or a non-return valve connected to the cylinder to prevent a reverse flow of the brine discharged from the first region; It further comprises at least one of.
상기 압력교환부는 복수개로 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 염수공급부에, 상기 염수의 공급압력을 높이기 위한 시동펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The pressure exchange unit is characterized in that composed of a plurality, the brine supply unit, the starting pump for increasing the supply pressure of the brine; characterized in that it further comprises.
또한, 상기 삼투부에서, 상기 저농도영역의 담수가 농도차로 인하여, 상기 고농도영역으로 이동함으로써, 상기 고농도영역의 압력이 증가하는 것을 특징으로 하며, 상기 삼투부와 상기 압력교환부의 실린더 각각은 배관으로 연결되고, 상기 실린더 각각에 연결되는 배관마다 자동밸브가 존재하며, 상기 압력교환부에서, 상기 피스톤로드의 왕복운동으로 인해, 상기 제 2영역의 염수가 배출되면, 상기 자동밸브가, 상기 염수가 배출되어 비어있는 제 2영역으로 상기 고농도영역의 염수가 유입되도록 조절하는 것을 특징으로 한다.In the osmotic part, the fresh water in the low concentration region moves to the high concentration region due to the difference in concentration, so that the pressure in the high concentration region increases, and each of the cylinders of the osmosis unit and the pressure exchange unit is connected to a pipe. There is an automatic valve for each pipe connected to each of the cylinders, and in the pressure exchange unit, when the salt water in the second region is discharged due to the reciprocating motion of the piston rod, the automatic valve is operated. It characterized in that it is adjusted to introduce the brine of the high concentration region into the discharged empty second region.
또한, 상기 압력교환부에서, 상기 피스톤로드의 왕복운동으로 인해, 상기 제 1영역에서 가압되어 배출되는 염수는 상기 삼투부의 고농도영역에 유입되는 것을 특징으로 하며, 상기 삼투부의 저농도영역에서, 상기 담수의 배출을 조절하는 배출밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
Further, in the pressure exchange unit, due to the reciprocating motion of the piston rod, the salt water discharged by being discharged from the first region is introduced into the high concentration region of the osmosis portion, in the low concentration region of the osmosis portion, the fresh water Characterized in that it further comprises; a discharge valve for controlling the discharge of the.
본 발명의 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템에 따르면, 종래에 단순히 삼투압으로 터빈을 돌려 동력을 발생시키는 시스템과 달리, 삼투압에 의한 고압의 염수흐름에 대하여, 2개의 피스톤이 연동된 압력교환장치를 사용하여, 압력을 회수하여, 시스템 가동에 재사용할 뿐만 아니라, 압력교환장치의 피스톤 왕복운동의 기계적 에너지를 이용하여 동력을 발생시킴으로써, 압력이 높고 유량이 적은 압력지연 삼투방식에서의 에너지회수 효율을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다. According to the power generation system using the salinity difference energy between the salt water and the fresh water of the present invention, unlike the system for generating power by simply turning the turbine by osmotic pressure, two pistons are linked to the high pressure salt water flow due to the osmotic pressure. The pressure exchanger is used to recover the pressure and reuse it for system operation, as well as to generate power using the mechanical energy of the piston reciprocating motion of the pressure exchanger. There is an advantage that can significantly improve the energy recovery efficiency.
또한, 압력회수장치와 동력발생장치를 일체화함으로써, 공정을 단순화하고, 시스템 구축에 필요한 비용을 현저히 절감함으로써, 경제성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, by integrating the pressure recovery device and the power generating device, there is an advantage that the economy can be improved by simplifying the process and significantly reducing the cost required to build the system.
뿐만 아니라, 2개의 실린더를 이용한 압력교환장치와 자동밸브를 사용함으로써, 수동조작없이 연속으로 작동할 수 있으며, 염도차에 의한 삼투압발생부와 압력교환장치간에 다양한 밸브를 배치하는 등 그 구성을 최적화함으로써, 에너지효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, by using a two-cylinder pressure exchange device and an automatic valve, it can be operated continuously without manual operation, and its configuration is optimized by arranging various valves between the osmotic pressure generation unit and the pressure exchange device due to salinity difference. By doing so, there is an advantage that can maximize the energy efficiency.
도 1은 본 발명에 의한 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템의 일실시예를 모사한 모사도
도 2는 본 발명에 의한 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템에서, 압력교환부의 작동과정을 모사한 모사도
도 3은 본 발명에 의한 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템에서, 압력교환부의 작동과정을 모사한 모사도1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a power generation system using the salinity difference energy between salt water and fresh water according to the present invention.
Figure 2 is a simulation of the operation of the pressure exchange unit in the power generation system using the salinity difference energy between salt water and fresh water according to the present invention
Figure 3 is a simulation of the operation of the pressure exchange unit in the power generation system using the salinity difference energy between the salt water and fresh water according to the present invention
이하, 본 발명에 의한 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings for a power generation system using the salinity difference energy between saline and fresh water according to the present invention. The present invention may be better understood by the following examples, which are for the purpose of illustrating the present invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.
본 발명의 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템의 일실시예는, 도 1에 나타난 바와 같이, 삼투부(10), 염수공급부(20), 담수공급부(30), 압력교환부(50) 및 동력발생부(70)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.One embodiment of the power generation system using the salinity difference energy between the salt water-fresh water of the present invention, as shown in Figure 1, the
먼저, 삼투부(10)는 반투막(11)을 경계로, 상기 담수공급부(30)에 연결된 저농도영역(13)과 상기 염수공급부(20)에 연결된 고농도영역(12)을 갖는다. 이는 담수와 염수간의 염도차로 인한 삼투압을 발생시키기 위한 구성으로, 도 1에 나타난 바와 같이, 삼투부(10)라는 챔버는, 반투막(11)으로 인해, 2개의 영역으로 나누어지며, 이러한 영역 중에, 담수공급부(30)와 연결되어, 담수가 공급되는 영역을 저농도영역(13), 염수공급부(20)에 연결되어, 염수가 공급되는 영역을 고농도영역(12)이라고 정의하였다.First, the
상기 삼투부(10)에서는, 상기 저농도영역(13)의 담수가 농도차로 인하여, 상기 고농도영역(12)으로 이동하게 됨으로써, 상기 고농도영역(12)의 압력이 증가하게 된다. In the
또한, 삼투부(10)의 저농도영역(13)에서 배출되는 담수를 조절하는 배출밸브(33)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이는 삼투부(10)의 저농도영역(13) 배출구에 위치하여, 저농도영역(13)의 담수배출량을 조절함으로써, 저농도영역(13)에서 농축되는 염도를 최적으로 조절하는 역할을 한다.In addition, it is preferable to further include a
다음으로, 염수공급부(20)는 염수를 공급하는 구성으로, 기본적으로 상압(normal pressure)으로 염수를 공급하는 역할을 한다. 여기서, 염수는 염이 포함된 물이면 어느 것이든 무방하나, 해수를 사용하는 것이 더 바람직하다. Next, the
염수공급부(20)에는, 상기 염수의 공급압력을 높이기 위한 시동펌프(21)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이는 본 발명의 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템의 초기작동을 위한 것으로, 시스템을 가동하기 위해서는, 불가피하게, 시동펌프(21)를 염수공급부(20)와 삼투부(10)사이에 위치시켜, 염수의 공급압력을 높이는 역할을 하게 된다.The
이렇게 시동펌프(21)를 이용한 작동이후에는, 압력교환부(50)를 통해, 삼투부(10)에서 증가한 압력이 회수되어, 염수의 공급에 재사용되므로, 시동펌프(21)는 단지 압력감소시의 보조역할만을 하게 된다.After the operation using the
따라서, 종래와 달리, 시동펌프(21)의 작동시간이 현저히 감소함으로써, 그만큼 에너지 소비를 줄일 수 있는 장점이 있다.Therefore, unlike the prior art, the operation time of the
또한, 담수공급부(30)는 담수를 공급하는 구성으로, 기본적으로 상압(normal pressure)으로 염수를 공급하는 역할을 한다. 여기서, 담수(fresh water)는 염분이 없는 물을 의미한다. In addition, the fresh
다음으로, 압력교환부(50)는 유출입포트가 형성된 적어도 2개의 실린더(51,52), 상기 적어도 2개의 실린더(51,52) 각각의 내부에 위치하는 피스톤(58,59) 및 상기 피스톤(58,59)을 연결하는 피스톤로드(57)를 갖는 구성을 의미한다. 이는 본 발명의 핵심구성 중 하나로, 삼투부(10)에서 발생한 압력을 회수하여, 에너지효율을 높이는 역할을 한다.Next, the
도 1에 나타난 바와 같이, 실린더(51,52)가 적어도 2개 존재하며, 이들 실린더(51,52)는 담수,염수 등의 유체가 유입 또는 유출될 수 있는 포트가 존재한다. 실린더(51,52) 2개가 한 쌍이 되어 작동함으로써, 압력교환부(50)의 연속적인 작동이 가능한 장점이 있다. As shown in FIG. 1, at least two
또한, 피스톤로드(57)는 막대형상으로, 2개의 실린더에 모두 연결되어 있으며, 양 말단부가 각각 2개의 실린더(51,52)의 내부에 위치하는 것을 특징으로 한다. 이러한 피스톤로드(57)의 왕복운동으로, 동력을 발생시킬 수 있으며, 2개의 실린더간의 반복작동을 가능하도록 한다. In addition, the
또한, 피스톤(58,59)은 피스톤로드(57)의 양 말단에 위치하며, 실린더의 형태에 따라, 원판상 또는 원통상으로 구성된다. 각 실린더(51,52) 내부의 공간을 2개의 공간으로 구획하는 역할을 한다. In addition, the
상기 압력교환부(50)에서, 상기 실린더(51,52) 내부는 상기 피스톤(58,59)을 경계로, 상기 피스톤로드(57)가 위치하는 제 1영역(55,56)과, 그 외의 제 2영역(53,54)으로 구분된다. 즉, 실린더(51,52) 내부가, 피스톤(58,59)을 경계로 2개의 영역으로 분리되는 것이다.In the
이러한 압력교환부(50)는, 삼투부(10)에서, 압력이 높아진 고농도영역(12)의 염수가 압력교환부(50)의 2개의 실린더(51,52) 중 어느 하나에 유입됨으로써, 피스톤로드(57)의 왕복운동을 야기하여, 삼투부(10)에서 발생한 압력을 회수하는 역할을 한다.The
또한, 압력교환부(50)에는, 실린더(51,52) 및 염수공급부(20)와 연결되어, 염수를 제 1영역(55,56)에 공급하는 염수유입밸브(40,41) 또는 실린더(51,52)와 연결되며, 제 1영역(55,56)에서 배출되는 염수의 역류는 방지하는 역류방지밸브(42,43) 중 적어도 하나를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the
염수유입밸브(40,41)는 피스톤로드(57)의 왕복운동에 따라, 제 1영역(55,56)에서 염수가 배출됨으로써, 부족한 염수를 공급하는 역할을 한다. The salt
또한, 역류방지밸브(42,43)는 피스톤로드(57)의 왕복운동에 따라, 제 1영역(55,56)에서 배출된 염수가 높은 압력으로 삼투부(10)에 투입되는 과정에서, 역류하는 흐름을 방지하는 역할을 한다. In addition, the
즉, 상기 압력교환부(50)에서, 상기 피스톤로드(57)의 왕복운동으로 인해, 상기 제 1영역(55,56)에서 가압되어 배출되는 염수는 상기 삼투부(10)의 고농도영역에 유입되는 것이 바람직하다. 이는 삼투부(10)에서 발생하는 압력의 일부를 재사용함으로써, 염수공급부(20)에서의 염수공급압력을 높이는 펌프의 사용을 줄일 수 있어, 에너지효율을 극대화시키는 효과가 있다.That is, in the
이러한 압력교환부(50)는, 2개의 실린더(51,52), 피스톤로드(57) 및 피스톤(58,59)의 한 세트로, 이러한 압력교환부(50)는 복수개로 구성되는 것이, 보다 큰 용량의 염수를 처리하고, 에너지회수를 효율적으로 진행하는데 효과적이다.The
또한, 압력교환부(50)의 실린더(51,52)들과 삼투부(10)는 각각 배관으로 연결되고, 실린더(51,52)들에 연결되는 배관마다 자동밸브(62,63)가 존재하는 것이 바람직하다.In addition, the
여기서, 자동밸브(62,63)는 압력교환부(50)에서, 피스톤로드(57)의 왕복운동으로 인해, 제 2영역(53,54)의 염수가 배출되면, 염수가 배출되어 비어있는 제 2영역(53,54)으로 상기 고농도영역의 염수가 유입되도록 조절하는 역할을 한다. 이러한 자동밸브(62,63)로 인해, 압력교환부(50)가 2개의 실린더간의 상호작용에 의해, 연속적으로 작동하게 된다.Here, the
또한, 연결밸브(24)는 4개의 포트로 구성되며, 2방향으로 유체공급을 제어하는 역할을 한다.
In addition, the connecting
다음으로, 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같은, 압력교환부(50)의 작동과정의 예를 살펴보도록 한다. Next, look at an example of the operation of the
삼투부(10)에서 전달된 고농도영역(12)의 염수가 실린더(51)에 유입되고, 유입된 염수에 의해, 제 2영역(53)이 증가하고, 제 1영역(55)이 감소하면서, 피스톤로드(57)가 타 실린더(52)방향으로 움직이게 된다. 피스톤로드(57)의 움직임으로 인해, 타 실린더(52)의 제 2영역(54)이 감소하고, 제 1영역(56)이 증가함으로써, 자동밸브(63)가 작동하여, 삼투부(10)의 고농도영역(12)의 염수가 타 실린더(52)의 제 2영역(54)으로 들어오게 된다.As the brine in the
따라서, 타 실린더(52)의 제 2영역(54)이 확장됨에 따라, 피스톤로드(57)는 다시 실린더(51)쪽으로 이동하게 된다. 이러한 자동적인 시스템으로 왕복운동이 일어나게 된다.Therefore, as the
또한, 이러한 과정에서, 실린더(51)의 제 1영역(55)이 감소하면서, 제 1영역(55)의 염수가 역류방지밸브(42)쪽으로 배출되고, 이를 보충하기 위해, 염수유입밸브(40)가 작동하여, 염수공급부(20)로부터 공급된 염수가 제 1영역(55)에 유입되게 된다.In addition, in this process, while the
상기 압력교환부(50)의 작동과정의 예에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템은 구성간의 유기적인 결합 및 작동을 통해, 에너지효율을 극대화시키고, 자동운전이 가능한 장점이 있다.As described in the example of the operation of the
마지막으로, 압력교환부(50)에서, 상기 피스톤로드(57)에 연결되어, 상기 피스톤로드(57)의 왕복운동에너지를 회수하여, 동력을 발생시키는 동력발생부(70)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이는 압력교환부(50)에서 피스톤로드의 왕복운동에 의해, 압력을 회수하여, 삼투부(10)에의 염수투입에 재사용할 뿐만 아니라, 왕복운동의 기계적 에너지를 이용하여 동력을 발생시킴으로써, 에너지를 최대한 활용하게 된다. Finally, the
즉, 동력발생부(70)는 왕복운동 에너지를 이용하여 동력을 발생시킬 수 있는 어떠한 장치를 설치해도 무방하다.
That is, the
이상, 본 발명의 구성을 중심으로 일실시예를 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나 본 발명의 권리범위는 상기 일실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 할 수 있는 변형 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.In the above, the configuration of the present invention was described in detail with reference to one embodiment. However, the scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and may be embodied in various forms of embodiments within the appended claims. Without departing from the gist of the invention as claimed in the claims, it is intended that such modifications can be made by anyone of ordinary skill in the art to be within the scope of the claims.
10: 삼투부 11: 반투막
12: 고농도영역 13: 저농도영역
20: 염수공급부 21: 시동펌프
22,23: 배관 24: 연결밸브
25: 배관 30: 담수공급부
31: 배관 32: 배출밸브
33,34: 배관 40,41: 염수유입밸브
42,43: 역류방지밸브 44,45,46: 배관
50: 압력교환부 51,52: 실린더
53,54: 제 2영역 55,56: 제 1영역
57: 피스톤로드 58,59: 피스톤
61,64,65,66,67: 배관 62,63: 자동밸브
70: 동력발생부10: osmosis 11: semipermeable membrane
12: high concentration area 13: low concentration area
20: salt water supply unit 21: starting pump
22, 23: piping 24: connecting valve
25: piping 30: fresh water supply
31: pipe 32: discharge valve
33, 34:
42, 43:
50:
53,54:
57:
61, 64, 65, 66, 67: piping 62, 63: automatic valve
70: power generating unit
Claims (9)
상기 담수를 공급하는 담수공급부;
상기 염수를 공급하는 염수공급부;
반투막을 경계로, 상기 담수공급부에 연결된 저농도영역과 상기 염수공급부에 연결된 고농도영역을 갖는 삼투부; 및
유출입포트가 형성된 적어도 2개의 실린더, 상기 적어도 2개의 실린더 각각의 내부에 위치하는 피스톤, 상기 피스톤을 연결하는 피스톤로드를 갖는 압력교환부;를 포함하여 이루어지며,
상기 삼투부에서 발생한 압력으로 전달된 상기 고농도영역의 염수가 상기 압력교환부의 실린더 중 어느 하나에 유입됨으로써, 상기 피스톤로드를 왕복운동시켜, 상기 삼투부에서 발생한 압력을 회수하는 것을 특징으로 하는 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템
In a power generation system using salinity difference energy between salt water and fresh water,
Fresh water supply unit for supplying the fresh water;
A brine supply unit for supplying the brine;
An osmosis unit having a low concentration region connected to the fresh water supply unit and a high concentration region connected to the salt water supply unit, at the boundary of the semipermeable membrane; And
And a pressure exchange unit having at least two cylinders having an outlet port, a piston located inside each of the at least two cylinders, and a piston rod connecting the pistons.
The brine in the high concentration region delivered to the pressure generated in the osmosis section flows into any one of the cylinder of the pressure exchange section, thereby reciprocating the piston rod to recover the pressure generated in the osmosis section- Power generation system using salinity difference energy between freshwater
상기 압력교환부에서, 상기 피스톤로드에 연결되어, 상기 피스톤로드의 왕복운동에너지를 회수하여, 동력을 발생시키는 동력발생부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템The method of claim 1,
In the pressure exchange unit, the power generation unit is connected to the piston rod, recovering the reciprocating kinetic energy of the piston rod, generating a power; Generation system
상기 압력교환부에서, 상기 실린더 내부는 상기 피스톤을 경계로, 상기 피스톤로드가 위치하는 제 1영역과, 그 외의 제 2영역으로 구분되며,
상기 실린더 및 상기 염수공급부와 연결되어, 상기 염수를 상기 제 1영역에 공급하는 염수유입밸브; 또는
상기 실린더와 연결되며, 상기 제 1영역에서 배출되는 염수의 역류를 방지하는 역류방지밸브; 중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템
3. The method according to claim 1 or 2,
In the pressure exchange unit, the inside of the cylinder is divided into a first region in which the piston rod is located and another second region on the piston boundary,
A salt water inlet valve connected to the cylinder and the salt water supply unit and supplying the salt water to the first region; or
A backflow check valve connected to the cylinder and preventing a backflow of the brine discharged from the first region; Power generation system using the salinity difference energy between brine and freshwater, characterized in that it further comprises at least one of
상기 압력교환부는 복수개로 구성되는 것을 특징으로 하는 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템
3. The method according to claim 1 or 2,
The power generation system using the salinity difference energy between salt water and fresh water, characterized in that the pressure exchange unit is composed of a plurality.
상기 염수공급부에, 상기 염수의 공급압력을 높이기 위한 시동펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템
3. The method according to claim 1 or 2,
The brine supply unit, the start-up pump for increasing the supply pressure of the brine; Power generation system using the brine-fresh water salinity difference characterized in that it further comprises
상기 삼투부에서, 상기 저농도영역의 담수가 농도차로 인하여, 상기 고농도영역으로 이동함으로써, 상기 고농도영역의 압력이 증가하는 것을 특징으로 하는 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템
3. The method according to claim 1 or 2,
In the osmosis part, the fresh water in the low concentration region is moved to the high concentration region due to the difference in concentration, so that the pressure in the high concentration region is increased, the power generation system using the salinity difference energy between salt water-fresh water
상기 삼투부와 상기 압력교환부의 실린더 각각은 배관으로 연결되고, 상기 실린더 각각에 연결되는 배관마다 자동밸브가 존재하며,
상기 압력교환부에서, 상기 피스톤로드의 왕복운동으로 인해, 상기 제 2영역의 염수가 배출되면, 상기 자동밸브가, 상기 염수가 배출되어 비어있는 제 2영역으로 상기 고농도영역의 염수가 유입되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템
The method of claim 3, wherein
Each of the cylinders of the osmosis unit and the pressure exchange unit is connected to the pipe, there is an automatic valve for each pipe connected to each cylinder,
In the pressure exchange unit, when the brine in the second region is discharged due to the reciprocating motion of the piston rod, the automatic valve is controlled so that the brine in the high concentration region flows into the empty second region. Power generation system using salinity difference energy between salt water and fresh water, characterized in that
상기 압력교환부에서, 상기 피스톤로드의 왕복운동으로 인해, 상기 제 1영역에서 가압되어 배출되는 염수는 상기 삼투부의 고농도영역에 유입되는 것을 특징으로 하는 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템
The method of claim 3, wherein
In the pressure exchange unit, due to the reciprocating motion of the piston rod, the brine pressurized and discharged in the first region is introduced into the high concentration region of the osmosis portion, characterized in that the power generation system using the salinity difference energy between salt water-fresh water.
상기 삼투부의 저농도영역에서, 상기 담수의 배출을 조절하는 배출밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 염수-담수간의 염도차 에너지를 이용한 동력발생 시스템3. The method according to claim 1 or 2,
In the low concentration region of the osmosis portion, the discharge valve for controlling the discharge of the fresh water; Power generation system using the salinity difference energy between saltwater and freshwater, characterized in that it further comprises.
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