KR101176403B1 - Sea water desalting apparatus having water separation part with hydrophile-hydrophobe conversion - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 친소수성 수분분리부가 구비된 해수담수화 장치는 반응챔버로부터 증기 이송관을 통해 기화된 증기가 유입되는 담수분리조와, 담수분리조 내부에 배치되어, 반응챔버로부터 이송된 증기에서 수분을 분리시키는 수분분리면을 가진 수분분리부와, 담수분리조의 일측에 설치되어, 수분분리부의 수분분리면의 표면성질을 친수성 또는 소수성으로 변환시키는 변환부와, 담수분리조의 하부에 설치되어 분리된 수분을 담수저장조로 이송시키는 담수 이송관으로 이루어진다.
본 발명에 따른 친소수성 수분분리부가 구비된 해수담수화 장치는 친수성과 소수성으로 성질이 변화하는 수분분리부를 형성하여, 증기로부터 수분을 포집할 수있도록 함으로써, 증발된 해수로부터 수분을 보다 용이하게 얻을 수 있는 효과가 있다.
친수성, 소수성, 수분분리부, 수분분리면, 변환부
The seawater desalination apparatus equipped with the hydrophilic water separation unit according to the present invention is disposed in a fresh water separation tank into which vaporized vapor is introduced from the reaction chamber through a steam transport pipe, and is disposed inside the fresh water separation tank to remove moisture from the steam transferred from the reaction chamber. A water separation unit having a water separation surface for separating, a conversion unit for converting the surface properties of the water separation surface into a hydrophilic or hydrophobic unit installed on one side of the fresh water separation tank, and water separated and installed in the lower part of the fresh water separation tank It consists of a fresh water transfer pipe for transferring to the fresh water storage tank.
The seawater desalination apparatus equipped with the hydrophilic water separation unit according to the present invention forms a water separation unit whose properties are changed into hydrophilicity and hydrophobicity, and thus it is possible to collect water from steam, thereby making it easier to obtain water from evaporated seawater. It has an effect.
Hydrophilic, hydrophobic, water separator, water separator, converter
Description
본 발명은 해수담수화 장치에 관한 분야이다. 구체적으로 친수소성으로 변환되는 수분분리부를 이용하여 해수를 담수화시키는 해수담수화 장치에 관한 것이다. The present invention relates to the seawater desalination apparatus. Specifically, the present invention relates to a seawater desalination apparatus for desalination of seawater using a water separation unit converted to hydrophilicity.
해수를 담수화하는 방법 중 증발법은 해수를 증발시켜 해수 내에 포함된 염과 각종 이물질을 제거하고, 증발된 해수를 온도차에 의해 액화시킨다. 이때, 일반적으로 응축기가 사용된다. In the method of desalination of seawater, the evaporation method removes salt and various foreign substances contained in the seawater by evaporating the seawater, and liquefies the evaporated seawater by the temperature difference. At this time, a condenser is generally used.
이러한 응축기는 담수화 장치의 가동시에 계속하여 가동되어야 하므로 에너지의 소모를 증가시키는 문제가 있었다. 또한, 응축기의 구동시 각 부분에 성애가 발생되어 고장이 빈번하게 발생되는 문제가 있었다. These condensers have to be operated continuously during the operation of the desalination apparatus, thereby increasing the consumption of energy. In addition, when the driving of the condenser is a problem that occurs frequently due to sexuality in each part.
본 발명에 따른 친소수성 수분분리부가 구비된 해수담수화 장치는 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다. The seawater desalination apparatus equipped with a hydrophilic water separation unit according to the present invention aims to solve the following problems.
첫째, 친수성과 소수성으로 변환가능한 수분분리부를 이용하여 증기로부터 수분을 보다 용이하게 얻을 수 있도록 하고자 한다. First, it is intended to make it easier to obtain moisture from the steam by using a hydrophilic and hydrophobic convertible water separation.
둘째, 해수를 증발시키는 과정에서 에너지의 손실이 없는 해수담수화 장치를 구현하고자 한다. Second, to implement a seawater desalination device that does not lose energy in the process of evaporating seawater.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다. The solution to the problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other solutions not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 따른 친소수성 수분분리부가 구비된 해수담수화 장치는 반응챔버와, 담수저장조를 포함하는 해수담수화 장치에 있어서, 상기 반응챔버로부터 증기 이송관을 통해 기화된 증기가 유입되는 담수분리조; 상기 담수분리조 내부에 배치되어, 상기 반응챔버로부터 이송된 증기에서 수분을 분리시키는 수분분리면을 가진 수분분리부; 상기 담수분리조의 일측에 설치되어, 상기 수분분리부의 수분분리면의 표면성질을 친수성 또는 소수성으로 변환시키는 변환부; 상기 담수분리조의 하부에 설치되어 분리된 수분을 담수저장조로 이송시키는 담수 이송관을 포함하여 이루어지고, 상기 반응챔버는 중공형상의 공간부가 형성되고, 상기 공간부 일측에 해수를 무화시키는 노즐이 형성되며, 상기 공간부 하부에 설치되어, 상기 공간부에 열을 공급하는 직화연소기와, 상기 직화연소기와 상기 노즐 사이에 배치되어 상기 직화연소기에서 공급되는 열을 상기 공간부에 고르게 분배하는 열분산기 및 상기 공간부 하면에 설치되어 증발되지 못한 해수를 배출시키는 미증발수 배출관으로 이루어지는 것이 바람직하다.In the seawater desalination apparatus equipped with a hydrophilic water separation unit according to the present invention, the desalination apparatus comprising a reaction chamber and a freshwater storage tank, the desalination tank into which vaporized vapor is introduced from the reaction chamber through a steam transfer pipe; A water separation unit disposed inside the fresh water separation tank and having a water separation surface for separating water from the steam transferred from the reaction chamber; A conversion unit installed at one side of the fresh water separation tank to convert the surface properties of the water separation surface of the water separation unit into hydrophilic or hydrophobic; It is installed in the lower portion of the fresh water separation tank comprises a fresh water transfer pipe for transferring the separated water to the fresh water storage tank, the reaction chamber is formed in the hollow space portion, the nozzle portion for atomizing sea water on one side of the space portion is formed And a direct combustion unit installed at the lower portion of the space part to supply heat to the space portion, a heat spreader disposed between the direct combustion unit and the nozzle to evenly distribute heat supplied from the direct combustion unit to the space portion; It is preferable that the bottom of the space is made of an unvaporized water discharge pipe for discharging sea water that has not been evaporated.
여기서 변환부의 일 측에는 수분분리면에 빛을 가하여 표면 성질을 친수성 또는 소수성으로 변환시키는 광발생기가 구비되는 것이 바람직하다.Here, one side of the conversion unit is preferably provided with a light generator for converting the surface properties into hydrophilic or hydrophobic by applying light to the moisture separation surface.
또한, 수분분리면에는 산화아연(ZnO) 나노막대 필름이 배치되는 것이 바람직하다.In addition, the zinc oxide (ZnO) nano-rod film is preferably disposed on the water separation surface.
또한, 변환부의 일 측에는 수분분리면에 빛을 가하여 표면 성질을 친수성으로 변환시키는 광발생기와, 변환부의 타 측에는 수분분리면에 초음파를 가하여 표면 성질을 소수성으로 변환시키는 초음파발생기가 구비되어, 수분분리면의 표면 성질을 친수성 또는 소수성으로 변환시키는 것이 바람직하다.In addition, one side of the conversion unit is provided with a light generator for converting the surface properties into hydrophilic by applying light to the moisture separation surface, and the other side is provided with an ultrasonic generator for converting the surface properties to hydrophobic by applying an ultrasonic wave to the moisture separation surface, It is desirable to convert the surface properties of cotton to hydrophilic or hydrophobic.
또한, 수분분리면에는 이산화티타늄(TiO2)이 도포된 필름이 배치되는 것을 이 바람직하다.In addition, it is preferable that a film coated with titanium dioxide (TiO 2) is disposed on the moisture separation surface.
또한, 광발생기는 자외선을 발생시키는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the photo-generator generates ultraviolet rays.
본 발명에 따른 변환부는 수분분리면의 전기적 극성을 변경시켜 표면 성질을 친수성 또는 소수성으로 변환시키는 극성변경부로 이루어지는 것이 바람직하다.The conversion unit according to the present invention is preferably made of a polarity change unit for converting the surface properties to hydrophilic or hydrophobic by changing the electrical polarity of the water separation surface.
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여기서, 열분산기는 직화연소기에 대응되는 위치에 개구부가 형성되고, 몸체에는 복수 개의 관통공이 형성된 하부플레이트와, 하부플레이트의 개구부 상부에 이격배치되는 상부플레이트로 이루어지는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the heat spreader is formed of an opening at a position corresponding to the direct burner, the lower plate having a plurality of through holes formed in the body, and an upper plate spaced apart from the upper portion of the opening of the lower plate.
본 발명에 따른 친소수성 수분분리부가 구비된 해수담수화 장치는 친수성과 소수성으로 성질이 변화하는 수분분리부를 형성하여, 증기로부터 수분을 포집할 수있도록 함으로써, 증발된 해수로부터 수분을 보다 용이하게 얻을 수 있는 효과가 있다. The seawater desalination apparatus equipped with the hydrophilic water separation unit according to the present invention forms a water separation unit whose properties are changed into hydrophilicity and hydrophobicity, and thus it is possible to collect water from steam, thereby making it easier to obtain water from evaporated seawater. It has an effect.
또한, 해수를 증발시키는 반응챔버 내에 직화연소기를 설치하여, 해수의 증발시 소모되는 에너지를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by installing a direct burner in the reaction chamber for evaporating sea water, there is an effect that can reduce the energy consumed when evaporation of sea water.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다. The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 친소수성 수분분리부가 구비된 해수담수화 장치에 관하여 구체적으로 설명하겠다. Hereinafter, a seawater desalination apparatus equipped with a hydrophilic water separation unit according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 친소수성 수분분리부가 구비된 해수담수화 장치(이하 '해수담수화 장치'라 함)의 개념도이다. 1 is a conceptual diagram of a seawater desalination device (hereinafter referred to as a “seawater desalination device”) equipped with a hydrophilic water separation unit according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 해수담수화 장치는 반응챔버(10)와 담수분리조(20) 및 담수저장조(50)으로 이루어진다. The seawater desalination apparatus according to the present invention comprises a
본 발명에 따른 반응챔버(10)는 해수를 탈염화하여 증기로 만드는 것으로, 해수를 무화하여 증발시켜 해수에 포함된 염을 제거한다. The
본 발명에 따른 담수분리조(10)는 본 발명의 일실시예에 따른 담수분리조의 개념도에 도시된 바와 같이, 담수분리조(20)의 내부에 수분분리부(30), 변환부(40)을 포함한다. Fresh
본 발명에 따른 담수분리조(20)는 반응챔버(10)로부터 증기 이송관(11)을 통해 기화된 증기가 유입되는 중공형 공간을 구비한다. 이러한 공간에는 반응챔버(10)로부터 이송된 증기에서 수분을 분리시키는 수분분리면(31)을 가진 수분분리부(30)가 설치되고, 수분분리부(30)의 수분분리면(31)의 표면성질을 친수성 또는 소수성으로 변환시키는 변환부(40)가 설치된다. The fresh
본 발명에 따른 변환부(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 수분분리면(31)에 빛을 가하여 표면 성질을 친수성 또는 소수성으로 변환시키는 광발생기(41)가 설치된다. As shown in FIG. 2, the
이러한 광발생기(41)에서 발생된 빛이 수분분리면(31)에 맞닿게되면 수분분리면(31)은 친수성성질을 갖게된다. When the light generated from the
따라서, 반응챔버(10)로부터 기화된 증기 내의 수분을 포집하게 된다. Therefore, moisture in the vaporized vapor from the
본 발명에 따른 수분분리면(31)는 본 발명의 일실시예에 따른 수분 분리부의 사시도인 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙패널(32)의 전후면에 ZnO 나노막대 필름 형태로 형성되는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 3, which is a perspective view of the water separation unit according to the embodiment of the present invention, the
중앙패널(32)는 수분분리면(32)를 지지하는 것으로, 수분분리면(32)과 화확적, 전기적 반응을 발생시키지 않는 소재로 제작되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 유리를 이용하여 제작되었다. The
본 발명에 따른 광발생기(41)는 자외선을 발생시키는 것이 바람직하다.The
본 발명에 따른 수분분리면(32)은 ZnO 나노막대 필름 형태로 형성되어, 수분분리면(31)에 광발생기(41)에서 발생되는 자외선이 조사되면, 수분분리면(31)의 ZnO 표면에서는 전자 홀쌍이 생성된다. The
수분분리면(31)에서 생성된 전자 홀쌍은 기화된 증기에 포함된 수분과 흡착하게 된다. The pair of electron holes generated at the
이때 광발생기(41)에서 발생되는 자와선을 차단하면, 수분분리면에 흡착된 수분은 수분분리면(31)을 따라 담수분리조의 하부로 이동하게 된다. At this time, when blocking the gyro rays generated in the
본 발명에 따른 수분분리부(30)는 반응챔버(10)로부터 기화된 증기를 포집하여 담수화하는 것으로 변환부(40)에 의해 친수소수성으로 변환되는 수분분리면(31) 이 형성된다. The
이러한 수분분리면(31)은 변환부(40)에 전기적으로 연결되고, 변환부(40)에서 수분분리면(31)의 전기적 극성이 변경되도록 전원을 인가하면, 친수성 또는 소수성으로 변경되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 자외선과 같은 빛에너지 뿐만 아니라 (+)극, (-)극과 같은 전기적 극성의 변경에 의해서도 수분분리면(31)의 표면성질을 친수성 또는 소수성으로 변환시킬 수 있는 점을 응용한 실시예에 해당된다.The
구체적으로 변환부(40)는 전기적 극성이 변경되는 장치로, 이러한 변환부(40)에 전기적으로 연결된 수분분리면(31)은 변환부(40)에서 인가하는 전기적 극성에 따라 수분분리면(31)의 극성을 양극 또는 음극으로 변환시킬 수 있다. Specifically, the
따라서 수분분리면(31)의 극성에 따라 수분분리면(31)이 형성된 수분분리부(30)는 기화된 증기로부터 수분을 포집하고, 배출시킬 수 있다. Therefore, the
본 발명에 따른 담수분리조(20)에는 수분분리면(31)에서 분리된 수분을 담수저장조(50)로 이송시키는 담수 이송관(51)이 설치되므로, 수분분리면(31)에서 분리된 수분은 담수 이송관(51)를 통해 담수저장조(50)로 이동하게 된다. Fresh
본 발명에 따른 변환부(40)는 수분분리면(31)에 빛을 가하여 표면 성질을 친수성으로 변환시키는 광발생기(41)와, 변환부(40)의 타 측에는 수분분리면(31)에 초음파를 가하여 표면 성질을 소수성으로 변환시키는 초음파발생기(42)로 이루어질 수 있다. The
이 경우, 수분분리면(31)은 앞에서 살펴본 바와 같이, ZnO 나노막대 필름 형태로 형성될 수도 있으나, 이산화티타늄(TiO2)이 도포된 필름이 형태로 형성될 수도 있다. In this case, the
이산화티타늄(TiO2)이 도포된 필름 형태로 수분분리면(31)이 형성되는 경우, 광발생기(41)에서 발생되는 자외선이 수분분리면(31)에 조사되는 경우, 수분분리면(31)은 친수성 성질을 띠게 된다. When the
반면에 초음파발생기(420에서 발생된 초음파가 수분분리면(31)에 닿게 되면, 수분분리면은 소수성 성질을 갖게 된다. On the other hand, when the ultrasonic wave generated by the ultrasonic generator 420 touches the
따라서 광변환부(40)의 광발생기(41)와 초음파발생기(42)를 교차로 작동시켜 기화된 증기에서 수분을 분리하여 담수저장조(50)로 배출시킬 수 있다. Therefore, by operating the
또한, 본 발명에 따른 반응챔버(10)는 중공형상의 공간부가 형성되고, 공간부 일측에 해수를 무화시키는 노즐(12)이 형성되며, 공간부 하부에 설치되어, 공간부에 열을 공급하는 직화연소기(13)와, 직화연소기(13)와 노즐(12) 사이에 배치되어 직화연소기(13)에서 공급되는 열을 공간부에 고르게 분배하는 열분산기(14)로 이루어지는 것이 바람직하다. In addition, in the
본 발명에 따른 노즐(12)는 해수를 무화시키는 것으로, 반응챔버(10)의 일측에 설치된다. The
이러한 노즐(12)에서 공급되는 해수는 노즐(12)을 통해 무화형태로 반응챔버(10)의 공간부로 분사된다. The seawater supplied from the
이렇게 분사된 해수는 공간부 하부에 설치된 직화연소기(13)에 의해 증기로 상변화 한다. 상변화하는 과정에서 무화된 해수에 포함된 염 등은 증기와 분리된다. The sea water injected in this way is phase-changed into steam by the
본 발명에 따른 직화연소기(13)는 반응챔버(10)의 내부에서 직접 연소되므로, 직화연소기(13)의 화염과 화염으로부터 이격된 공간 사이에 온도차이가 크게 나타난다. Since the
그러나 직화연소기(13)의 상부에 열분산기(14)가 설치되는 경우, 열분산기(14)에 의해 반응챔버(10) 내부의 온도는 균일하게 상승된다. However, when the
본 발명의 일실시예에 따른 열분산기(14)는 열분산기의 일실시예가 도시된 도 4에 도시된 바와 같이, 직화연소기(13)에 대응되는 위치에 개구부(14a)가 형성되고 몸체에 관통공이 형성된 하부플레이트(14c)와, 하부플레이트(14c)의 상부에 이격배치되어 개구부(14a)를 통해 직화연소기(13)로 무화된 해수가 이동되는 것을 방지는 상부플레이트(14b)로 이루어지는 것이 바람직하다. The
이러한 하부플레이트(14c)는 주위의 공기와 접촉면적을 증가시키기 위해 미세한 관통공이 형성된 패널로 이루어지며, 중앙에는 직화연소기(13)가 설치되는 위치에 대응되는 위치에 개구부(14a)가 형성된다. The
하부플레이트(14c)에 형성된 개구부(14a)는 직화연소기(13)의 열을 직접 해q반응챔버(10)의 상부로 전달하는 통로의 기능을 한다.The
상부플레이트(14b)는 하부플레이트(14c)의 상부에 이격배치되어 노즐에 의해 무화된 해수가 직접 직화연소기(13)로 이동되는 것을 방지한다. The
상부플레이트(14b)는 하부플레이트(14c)의 상부면에 설치된 바(bar) 형태의 지지부재(14d)의 상단부에 결합되어 하부플레이트(14c)로부터 이격설치된다. The
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments and the accompanying drawings described in the present specification are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed herein are for the purpose of describing rather than limiting the technical spirit of the present invention, and it is apparent that the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 친소수성 수분분리부가 구비된 해수담수화 장치의 개념도이다. 1 is a conceptual diagram of a seawater desalination apparatus equipped with a hydrophilic water separation unit according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 담수분리조의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of a fresh water separation tank according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수분 분리부의 사시도이다. 3 is a perspective view of a water separator according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열분산기의 사시도이다. 4 is a perspective view of a heat spreader according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
10 : 반응챔버 11 : 증기 이송관10: reaction chamber 11: steam transfer pipe
12 : 노즐 13 : 직화연소기12: nozzle 13: flame burner
14 : 열분산기 15 : 미증발수 배출관14: heat spreader 15: unvaporized water discharge pipe
11 : 증기 이송관 20 : 담수분리조11: steam transfer pipe 20: fresh water separation tank
30 : 수분 분리부 31 : 수분분리면30: water separation unit 31: water separation surface
40 : 변환부 41 : 광발생기40: converter 41: light generator
42 : 초음파발생기 50 : 담수저장조42: ultrasonic generator 50: freshwater storage tank
51 : 담수 이송관51: fresh water transfer pipe
Claims (9)
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Citations (2)
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US20060000762A1 (en) | 2004-07-01 | 2006-01-05 | Syed Hamid | Fluid separator with smart surface |
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-
2009
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Patent Citations (2)
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Also Published As
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