KR101402603B1 - 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents

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KR101402603B1 KR1020130002853A KR20130002853A KR101402603B1 KR 101402603 B1 KR101402603 B1 KR 101402603B1 KR 1020130002853 A KR1020130002853 A KR 1020130002853A KR 20130002853 A KR20130002853 A KR 20130002853A KR 101402603 B1 KR101402603 B1 KR 101402603B1
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문일식
황호중
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순천대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 제1채널 내부에 제1안내관 및 제2안내관이 구비됨으로써 냉각수 압력을 증대하여 담수화 효율을 향상할 수 있는 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.

Description

직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템{An apparatus for direct contact membrane distillation and system comprising the same}
본 발명은 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 제1채널 내부에 제1안내관 및 제2안내관이 구비됨으로써 냉각수 압력을 증대하여 담수화 효율을 향상할 수 있는 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
수질오염 및 물 부족 현상의 심화에 따라 보다 깨끗한 물을 확보하기 위한 수처리 기술은 다양하게 연구개발되고 있다.
특히, 산업 발달과 인구 증가 등으로 인해 깨끗한 물의 수요가 점차 증가되고 있는 추세에 따라, 지구상에 존재하는 물의 96.5%를 차지하는 해수에 대한 관심 역시 높아지고 있으며, 이에 따른 해수 처리 기술이 제안되고 있다.
해수를 처리하는 대표적인 기술로서는, 해수를 처리하여 담수로 만드는 해수담수화기술은 증발법(Distillation)과, 역삼투법(Reverse Osmosis), 전기장을 이용한 전기투석법(Electric Energy), 냉열에너지를 이용한 냉동법(Freezing Process), 및 막을 이용한 막증류(membrane distillation)법이 제안된 바 있다.
그 중 막증류법을 이용한 해수담수화기술은 다른 방식에 비하여, 운전 방식이 간단하고, 처리 생산수의 순도가 높으며, 막의 파울링(Fouling) 현상이 없는 장점이 있다.
그러나, 막증류법은 냉각수와 공급수의 온도 차이를 형성하기 위한 열교환 효율 및 냉각수의 순환정도에 따라 처리 효율에 영향이 있으며, 대량으로 처리하기에는 제한이 있는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국등록특허 1109533호(증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기)가 제안된 바 있으며, 더욱 상세하게, 상기 대한민국등록특허 1109533호는 증발부 내에서 해수를 가열하여 증발시킨 후, 증발되어 담수가 된 해수를 응축부에서 응축하여 외부로 배출하되, 상기 증발부 내에는 쉘의 내부를 제 1, 2공간으로 구획하되 일자 형태의 단면형상을 가지며 직립설치되는 분리막이 설치되도록 하며, 상기 분리막의 최상단에는 등간격 이격배치되는 절개홈을 다수개 형성하여, 상기 절개홈 부분까지 채워지는 해수는 제 2공간으로 넘어가도록 함으로써 상기 제 1공간에 채워지는 해수의 수두 높이가 낮게 유지되어 해수 담수기의 초기 작동이 빨라지도록 함과 동시에, 상기 제 1공간에서 증발되지 못하고 제 2공간으로 끊어 넘치는 해수 및 해수의 기포는 제 2공간 내에 망 형태로 지그재그 배치되는 다수개 트레이에 접촉되면서 증발되도록 한다.
한편, 보다 간단한 구성을 가지고, 처리 생산수의 순도를 높게 유지하면서도, 효과적으로 대량 생산 가능한 막증류법에 의한 해수담수화기술이 요구되고 있다.
특허 1) 대한민국등록특허 1109533호(증발 성능이 향상된 저압 증발식 해수 담수기)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제1채널 내부에 제1안내관 및 제2안내관이 구비됨으로써 냉각수 압력을 증대하여 담수화 효율을 향상할 수 있는 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 목적은 제2채널 내부에 제3안내관 및 제4안내관이 구비됨으로써 해수 압력을 증대하여 담수화 효율을 보다 향상할 수 있는 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 제1유동부 내부의 냉각수 흐름과, 제2유동부 내부의 해수 흐름이 분리막 길이방향으로 서로 반대로 형성되어 분리막 형성 영역에서 온도차를 균일하게 유지할 수 있고, 제1채널, 분리막 및 제2채널이 단위 모듈로서 복수개 적층될 수 있어 해수 처리 용량을 증대할 수 있는 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 목적은 단위모듈에 복수개 적층되는 경우에, 인접하는 단위모듈들에 대하여 일측 단위모듈의 제1채널과 타측 단위모듈의 제1채널이 인접하게 위치되고, 일측 단위모듈의 제2채널과 타측 단위모듈의 제2채널이 인접하게 위치됨으로써, 냉각수 및 해수의 배관 형성이 용이하며, 열손실을 최소화할 수 있는 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.
이 때, 본 발명의 목적은 인접하는 일측 단위모듈의 제1채널과 타측 단위모듈의 제1채널이 일체로 형성되고, 인접하는 일측 단위모듈의 제2채널과 타측 단위모듈의 제2채널이 일체로 형성될 수 있어 구성품의 개수를 줄여 생산성을 높일 수 있으며, 열손실을 더욱 줄일 수 있는 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 가열수단이태 양열 온수기에 의해 가열된 열교환매체를 이용함으로써 해수를 가열하기 위한 열에너지를 절약할 수 있으며, 해수의 담수화에 따른 냉각수의 양을 측정하는 측정부, 냉각수의 온도를 센싱하는 제1온도센서, 및 해수의 온도를 센싱하는 제2온도센서가 구비됨으로써 전체 시스템의 작동 상태를 확인하고, 운전 제어가 용이한 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 지지부(110)에 의해 지지되는 분리막(100); 상기 분리막(100)의 일측에 구비되며, 내부에 상기 분리막(100)에 대응되는 공간인 제1유동부(211)가 형성되는 제1몸체(210), 순수한 냉각수를 상기 제1유동부(211)로 유입하는 제1유입부(221)와, 배출하는 제1배출부(222)와, 상기 제1유동부(211) 내부에 상기 제1유입부(221)와 연통되는 관형태로, 제1중공홀(231)이 복수개 중공형성되는 제1안내관(230)과, 상기 제1유동부(211) 내부에 상기 제1배출부(222)와 연통되는 관형태로 제2중공홀(241)이 복수개 중공형성되는 제2안내관(240)을 포함하는 제1채널(200); 상기 분리막(100)의 타측에 구비되며, 내부에 상기 분리막(100)에 대응되는 공간인 제2유동부(311)가 형성되는 제2몸체(310), 해수를 상기 제2유동부(311)로 유입하는 제2유입부(321)와, 배출하는 제2배출부(322)가 형성된 제2채널(300); 및 상기 제1몸체(210), 지지부(110), 및 제2몸체(310)를 고정하는 고정수단(400);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 상기 제1채널(200)의 제1유동부(211) 내부의 냉각수 흐름과 상기 제2채널(300)의 제2유동부(311) 내부의 해수 흐름이 상기 분리막(100)의 길이방향으로 서로 반대 방향인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 상기 제2유입부(321) 및 제2배출부(322)가 상기 분리막(100)의 길이방향으로 각각 상기 제2채널(300)의 양측에 구비되며, 상기 제1안내관(230) 및 제2안내관(240)이 상기 분리막(100)의 길이방향으로 각각 상기 제1유동부(211) 공간의 양측에 구비되되, 상기 제1유입부(221) 및 제2유입부(321)가 각각 상기 분리막(100)의 폭방향으로 서로 다른 방향으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제1안내관(230)의 제1중공홀(231) 높이방항 최대 내경 및 제2안내관(240)의 제2중공홀(241) 높이방향 최대 내경은 상기 제1채널(200)의 제1유동부(211) 높이방향 길이(L211)에 동일하게 대응되고, 상기 제3안내관(330)의 제3중공홀(331) 높이방향 최대 내경 및 제4안내관(340)의 제4중공홀(341) 높이방향 최대 내경은 상기 제2채널(300)의 제2유동부(311) 높이방향 길이(L311)에 동일하게 대응되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 상기 제1채널(200), 분리막(100) 및 제2채널(300)이 단위모듈로서, 복수개의 단위모듈이 높이방향으로 적층되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 인접하는 단위모듈들이 적층방향으로 일측 단위모듈의 제1채널(200)과 타측 단위모듈의 제1채널(200)이 인접하게 위치되고, 일측 단위모듈의 제2채널(300)과 타측 단위모듈의 제2채널(300)이 인접하게 위치되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 상기 인접하는 일측 단위모듈의 제1채널(200)과 타측 단위모듈의 제1채널(200)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 인접하는 일측 단위모듈의 제2채널(300)과 타측 단위모듈의 제2채널(300)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 직접 접촉 막증류 시스템(2000)은 상술한 바와 같은 직접 접촉 막증류 장치(1000); 상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)의 제1유입부(221) 및 제1배출부(222)와 연결되는 제1배관(2100); 상기 제1배관(2100) 상에 구비되는 냉각수 저장부(2110); 상기 제1배관(2100) 상에 구비되는 제1펌프(2120); 상기 제1배관(2100) 상에 구비되며, 냉각수단(2131)에 의해 냉각수를 냉각하는 제1열교환기(2130); 상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)의 제2유입부(321) 및 제2배출부(322)와 연결되는 제2배관(2200); 상기 제2배관(2200) 상에 구비되는 해수 저장부(2210); 상기 제2배관(2200) 상에 구비되는 제2펌프(2220); 상기 제2배관(2200) 상에 구비되며, 가열수단(2231)에 의해 해수를 가열하는 제2열교환기(2230); 및 상기 제1펌프(2120), 냉각수단(2131), 제2펌프(2220), 및 가열수단(2231)의 작동을 제어하는 제어부(미도시); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 직접 접촉 막증류 시스템(2000)은 상기 가열수단(2231)이 태양열 온수기에 의해 가열된 열교환매체인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 직접 접촉 막증류 시스템(2000)은 상기 냉각수 저장부(2110) 내부의 냉각수 양을 측정하는 측정부(2301, 2302)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 직접 접촉 막증류 시스템(2000)은 상기 제1채널(200)과 인접한 제1배관(2100) 상에 하나 이상 구비되어 냉각수 온도를 센싱하는 제1온도센서(2410); 및 상기 제2채널(300)과 인접한 제2배관(2200) 상에 하나 이상 구비되어 해수 온도를 센싱하는 제2온도센서(2420); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템은 제1채널 내부에 제1안내관 및 제2안내관이 구비됨으로써 냉각수 압력을 증대하여 담수화 효율을 향상할 수 있는 장점이 있다.
또, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템은 제2채널 내부에 제3안내관 및 제4안내관이 구비됨으로써 해수 압력을 증대하여 담수화 효율을 보다 향상할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템은 제1유동부 내부의 냉각수 흐름과, 제2유동부 내부의 해수 흐름이 분리막 길이방향으로 서로 반대로 형성되어 분리막 형성 영역에서 온도차를 균일하게 유지할 수 있고, 제1채널, 분리막 및 제2채널이 단위 모듈로서 복수개 적층될 수 있어 해수 처리 용량을 증대할 수 있는 장점이 있다.
또, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템은 단위모듈에 복수개 적층되는 경우에, 인접하는 단위모듈들에 대하여 일측 단위모듈의 제1채널과 타측 단위모듈의 제1채널이 인접하게 위치되고, 일측 단위모듈의 제2채널과 타측 단위모듈의 제2채널이 인접하게 위치됨으로써, 냉각수 및 해수의 배관 형성이 용이하며, 열손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이 때, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템은 인접하는 일측 단위모듈의 제1채널과 타측 단위모듈의 제1채널이 일체로 형성되고, 인접하는 일측 단위모듈의 제2채널과 타측 단위모듈의 제2채널이 일체로 형성될 수 있어 구성품의 개수를 줄여 생산성을 높일 수 있으며, 열손실을 더욱 줄일 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치 및 이를 포함하는 시스템은 태양열 온수기에 의해 가열된 열교환매체를 이용함으로써 해수를 가열하기 위한 열에너지를 절약할 수 있으며, 해수의 담수화에 따른 냉각수의 양을 측정하는 측정부, 냉각수의 온도를 센싱하는 제1온도센서, 및 해수의 온도를 센싱하는 제2온도센서가 구비됨으로써 전체 시스템의 작동 상태를 확인하고, 운전 제어가 용이한 장점이 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 직접 접촉 막증류 장치의 사시도, 분해사시도, 및 단면도.
도 5는 상기 도 1에 도시한 직접 접촉 막증류 장치의 내부 흐름(냉각수, 및 해수)을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 직접 접촉 막증류 장치의 다른 분해사시도.
도 7 내지 도 8은 본 발명에 따른 직접 접촉 막증류 장치의 또 다른 분해사시도, 단면도
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 직접 접촉 막증류 장치의 또 다른 사시도 및 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 직접 접촉 막증류 장치의 또 다른 단면도.
도 13은 본 발명에 따른 직접 접촉 막증류 시스템을 나타낸 도면.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000) 및 이를 포함하는 시스템을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 분리막(100), 제1채널(200), 제2채널(300), 및 고정수단(400)을 포함한다.
먼저, 상기 분리막(100)은 막증류법을 이용한 해수담수화를 위한 막으로서, 내부에 복수개의 기공이 형성되며, 온도차와 증기압차를 이용하여 해수 내부의 수분을 분리가능하다.
이 때, 상기 분리막(100)은 일측에 응축을 위한 냉각수와 접촉되고, 타측에 해수가 접촉되며, 상기 해수에서 분리된 수분만 기공을 통과하여 반대편에서 응축되고, 기공을 투과하지 못하는 용매 물질은 막 표면에서 발발되어 그대로 남아있게 된다.
상기 분리막(100)은 내화학성이 뛰어난 Polytetrafluorethylene (PTFE), Polypropylene (PP), Polyvinyledene fluoride (PVDF) 또는 표면이 개질된 Ceramic 개열의 소수성 재료가 이용될 수 있으며, 평균 기공크기가 약 0.1 - 1.2 ㎛의 Micro pore를 가지는 정밀 여과(Microfiltration) 막이 이용될 수 있고, 평균 막 두께도 약 100 - 150 ㎛ 정도가 이용될 수 있으며, 이에 따른, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 표면의 기공 막힘 현상 및 이로 인한 막 오염을 줄일 수 있다.
상기 분리막(100)은 둘레가 지지부(110)에 의해 지지된다.
상기 분리막(100)은 길이방향으로 긴 형태로, 일측 및 타측에서 냉각수 및 해수와 접촉되되는 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 도 1 및 도 2에 상기 분리막(100)이 직사각형 형태로 형성된 예를 나타내었다.
상기 제1채널(200)은 제1몸체(210), 제1유입부(221), 제1배출부(222), 제1안내관(230), 및 제2안내관(240)을 포함하여 형성된다.
상기 제1채널(200)은 냉각수가 유동되어 상기 분리막(100)과 접촉되도록 상기 지지부(110)를 통해 상기 분리막(100)의 일측에 고정되는 구성된다.
상기 제1몸체(210)는 상기 제1채널(200)을 형성하는 기본 구성으로서, 내부에 상기 분리막(100)에 대응되는 공간인 제1유동부(211)가 형성된다.
상기 제1몸체(210)는 길이방향 및 폭방향으로, 상기 지지부(110)의 크기에 대응되는 형태이되, 상기 분리막(100)과 접촉되는 부분에 오목한 공간인 제1유동부(211)를 형성한다.
이 때, 상기 제1유동부(211)는 상기 분리막(100)에 대응되는 공간으로서, 상기 제1유동부(211)를 유동하는 냉각수가 상기 분리막(100)과 직접 접촉된다.
다시 말해, 상기 제1유동부(211)는 길이방향 및 폭방향으로 상기 분리막(100)의 형성 영역에 대응되며, 상기 몸체의 분리막(100)이 구비되는 측의 일정 영역이 높이방향으로 일정 깊이(L211)를 갖도록 오목하게 형성되어 냉각수가 유동되는 공간이다.
상기 제1유입부(221)는 상기 제1몸체(210)에 형성되어 순수한 냉각수를 제1유동부(211)로 유입하는 구성이며, 상기 제1배출부(222)는 상기 제1몸체(210)에 형성되어 제1유동부(211)를 유동한 냉각수를 배출한다.
상기 제1안내관(230)은 상기 제1유동부(211) 내부에 구비되되, 상기 제1유입부(221)와 연결되는 관형태이며, 상기 제1유입부(221)를 통해 유입된 냉각수를 안내한다.
상기 제1안내관(230)은 외주면에 일정 영역이 중공되는 제1중공홀(231)이 복수개 형성된다.
상기 제2안내관(240)은 상기 제1안내관(230)과 동일한 형태로, 상기 제2유입부(321)와 연결되는 관형태이며, 외주면에 일정 영역이 중공되는 제2중공홀(241)이 복수개 형성된다.
상기 제2안내관(240)은 상기 제1유동부(211) 내부를 유동한 냉각수가 제2중공홀(241)을 통해 내부로 유입되며, 유입된 냉각수가 상기 제1배출부(222)를 통해 배출된다.
이 때, 상기 제1유입부(221)는 상기 제1안내관(230)의 길이방향과 동일한 방향으로 연장되고, 상기 제1배출부(222)는 상기 제2안내관(240)의 길이방향과 동일한 방향으로 연장됨으로써, 냉각수의 유동 저항을 최소화하도록 하는 것이 바람직하다.
다시 말해, 상기 제1안내관(230) 및 제2안내관(240)은 제1채널(200)의 제1유동부(211)에 구비되되, 각각 상기 제1유입부(221) 및 제1배출부(222)와 연통되는 구성으로서, 냉각수의 내부 유동 속도를 빠르게 하여 압력을 증대할 수 있으며, 이에 따라, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 담수화 효율을 향상할 수 있다.
또한, 상기 제1안내관(230)의 제1중공홀(231) 높이방항 최대 내경 및 제2안내관(240)의 제2중공홀(241) 높이방향 최대 내경은 상기 제1채널(200)의 제1유동부(211) 높이방향 길이(L211)에 동일하게 대응되는 것이 바람직하다.
상기 제2채널(300)은 제2몸체(310), 제2유입부(321), 및 제2배출부(322)를 포함하는 구성으로서, 상기 분리막(100)의 타측에 구비된다.
상기 제2몸체(310)는 상기 제2채널(300)을 형성하는 기본 구성으로서, 내부에 상기 분리막(100)에 대응되는 공간인 제2유동부(311)가 형성된다.
상기 제2유동부(311)는 상기 분리막(100)에 대응되는 공간으로, 상기 제2유동부(311)를 유동하는 해수가 분리막(100)과 직접 접촉된다.
상기 제2유입부(321)는 상기 제2몸체(310)에 형성되어 해수를 제2유동부(311)로 유입하는 구성이며, 상기 제2배출부(322)는 상기 제2몸체(310)에 형성되어 제2유동부(311)를 유동한 해수를 배출한다.
상기 고정수단(400)은 상기 제1몸체(210), 지지부(110) 및 제2몸체(310)를 고정하는 수단으로서, 도 1 및 도 2에서, 상기 제1몸체(210), 지지부(110) 및 제2몸체(310)에 일정 영역이 중공되며, 중공된 영역에 나사산이 형성되고, 상기 고정수단(400)으로서, 상기 나사산에 체결되는 볼트 및 너트가 이용되는 예를 나타내었다.
본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 상기 고정수단(400)이 도시된 예 외에도 상기 제1몸체(210), 지지부(110), 및 제2몸체(310)를 안정적으로 고정할 수 있는 수단이라면 더욱 다양하게 형성될 수 있다.
이 때, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 분리막(100) 전체 영역에서, 냉각수와 해수의 온도차를 유지할 수 있도록 상기 제1채널(200)의 제1유동부(211) 내부의 냉각수 흐름과 상기 제2채널(300)의 제2유동부(311) 내부의 해수 흐름이 상기 분리막(100)의 길이방향으로 서로 반대 방향인 것이 바람직하다.
이를 위하여, 상기 제2유입부(321) 및 제2배출부(322)가 상기 분리막(100)의 길이방향으로 각각 상기 제2채널(300)의 양측에 구비되며, 상기 제1안내관(230) 및 제2안내관(240)이 상기 분리막(100)의 길이방향으로 각각 상기 제1유동부(211) 공간의 양측에 구비되되, 상기 제1유입부(221) 및 제2유입부(321)가 각각 상기 분리막(100)의 폭방향으로 서로 다른 방향으로 구비될 수 있다.
도 5는 도 1 내지 도 3에 도시한 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)의 내부 흐름을 나타낸 도면으로서, 냉각수의 흐름을 실선으로, 해수의 흐름을 점선으로 나타내었다.
도 5에 도시한 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 상기 제1안내관(230)이 상기 제1유동부(211)의 길이방향으로 일측(도면 좌측)에 위치되며, 상기 제1유입부(221)가 상기 제1안내관(230)과 연결되며 폭방향으로 일측(도면 전측)방향으로 연장형성되고, 상기 제2안내관(240)이 상기 제1유동부(211)의 길이방향으로 타측(도면 우측)에 위치되며, 상기 제1배출부(222)가 상기 제2안내관(240)과 연결되며 폭방향으로 타측(도면 후측)방향으로 연장형성되는 예를 나타내었다.
또한, 상기 제2유입부(321)가 상기 제2유동부(311)의 길이방향으로 타측(도면 우측)에 위치되고, 상기 제2배출부(322)가 상기 제2유동부(311)의 길이방향으로 일측(도면 좌측)에 위치되는 예를 나타내었다.
도 6은 본 발명에 따른 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 상기 도 2에 도시한 예와 동일하되, 상기 제1채널(200)과 지지부(110) 사이 및 지지부(110)와 제2채널(300) 사이에 각각 제1실링수단(510) 및 제2실링수단(520)이 더 구비된 예를 나타내었다.
상기 제1실링수단(510) 및 제2실링수단(520)은 상기 분리막(100)의 일측이 냉각수와, 타측이 해수와 맞닿도록 상기 분리막(100) 형성 영역에 대응되는 영역이 중공되는 판 형태로 형성되며, 냉각수 및 해수의 누설을 방지한다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 직접 접촉 막증류 장치(1000)의 또 다른 분해사시도, 단면도, 제2채널(300) 평면도로, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 상기 제2채널(300)의 제3안내관(330) 및 제4안내관(340)이 더 구비될 수 있다.
상기 제3안내관(330)은 상기 제2유동부(311) 내부에 상기 제2유입부(321)와 연통되는 관형태로, 제3중공홀(331)이 복수개 중공형성되며, 상기 제4안내관(340)은 상기 제2유동부(311) 내부에 상기 제2배출부(322)와 연통되는 관형태로 제4중공홀(341)이 복수개 중공형성된다.
상기 제2채널(300)은 상기 제3안내관(330) 및 제4안내관(340)이 구비되는 경우, 상기 제2유입부(321) 및 상기 제2배출부(322)가 각각 상기 제3안내관(330) 및 제4안내관(340)의 길이방향으로 연장되는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 상기 제1채널(200) 내부의 냉각수 흐름과 상기 제2채널(300) 내부의 해수 흐름이 길이방향으로 서로 반대로 형성되도록 상기 제1유입부(221), 제2유입부(321), 제1배출부(222), 제2배출부(322)의 구비 위치가 조절될 수 있다.
아울러, 상기 제3안내관(330)의 제3중공홀(331) 높이방향 최대 내경 및 제4안내관(340)의 제4중공홀(341) 높이방향 최대 내경은 상기 제2채널(300)의 제2유동부(311) 높이방향 길이(L311)에 동일하게 대응되는 것이 바람직하다. (도 8 참조)
또, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 제2채널(300) 내부에 제3안내관(330) 및 제4안내관(340)이 구비됨으로써 해수 압력을 증대하여 담수화 효율을 보다 향상할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 상기 제1채널(200), 지지부(110)에 의해 지지되는 분리막(100) 및 제2채널(300)이 단위모듈로서, 복수개의 단위모듈이 높이방향으로 적층될 수 있다.
이 때, 도 10 내지 도 12에 도시한 바와 같이, 인접하는 단위모듈들이 적층방향으로 일측 단위모듈의 제1채널(200)과 타측 단위모듈의 제1채널(200)이 인접하게 위치되고, 일측 단위모듈의 제2채널(300)과 타측 단위모듈의 제2채널(300)이 인접하게 위치될 수 있다.
도 10 및 도 11에 도시한 예를 살펴보면, 상측 방향에서 하측방향으로 순차적으로, 제1채널(200), 분리막(100), 제2채널(300)이 구비되는 제1단위모듈(100a), 상기 제1단위모듈 하측에 제2채널(300), 분리막(100), 제1채널(200)이 구비되는 제2단위모듈(100b), 및 상기 제2단위모듈 하측에 제1채널(200), 분리막(100), 제2채널(300)이 구비되는 제3단위모듈(100c)이 구비되는 예를 나타내었다.
즉, 제1단위모듈의 제2채널(300)과, 제2단위모듈의 제2채널(300)이 서로 인접하게 위치되고, 제2단위모듈의 제1채널(200)과 제3단위모듈의 제1채널(200)이 서로 인접하게 위치된다.
이를 통해, 인접하게 위치되는 채널 간의 서로 동일한 매체가 유동됨에 따라 열손실을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명의 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 인접하는 일측 단위모듈의 제1채널(200)과 타측 단위모듈의 제1채널(200)이 일체로 형성되고, 인접하는 일측 단위모듈의 제2채널(300)과 타측 단위모듈의 제2채널(300)이 일체로 형성될 수 있다.
이 경우, 냉각수 및 해수의 배관 형성이 용이하며, 열손실을 최소화할 수 있으면서도, 동일한 몸체에 의해 제1유동부(211) 또는 제2유동부(311)를 형성할 수 있어 구성품의 개수를 줄여 생산성을 높일 수 있으며, 열손실을 더욱 줄일 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 직접 접촉 막증류 시스템(2000)은 상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)와, 제1배관(2100), 냉각수 저장부(2110), 제1펌프(2120), 제1열교환기(2130), 제2배관(2200), 해수 저장부(2210), 제2펌프(2220), 제2열교환기(2230) 및 제어부를 포함할 수 있다. (도 13 참조)
상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는 상술한 바와 같은 특징을 갖는 것으로서, 다양한 실시예 모두를 포함한다.
상기 제1배관(2100)은 상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)의 제1유입부(221) 및 제1배출부(222)와 연결되어 냉각수가 유동되는 구성이다.
상기 냉각수 저장부(2110)는 상기 제1배관(2100) 상에 구비되어 냉각수를 저장한다.
상기 제1펌프(2120)는 상기 제1배관(2100) 상에 구비되어 상기 냉각수 저장부(2110)에 저장된 냉각수를 이송한다.
상기 제1열교환기(2130)는 상기 제1배관(2100) 상에 구비되며, 냉각수단(2131)에 의해 냉각수를 냉각하는 수단으로서, 열교환매체와 냉각수가 열교환되어 냉각수를 냉각한다.
이 때, 도 13은 상기 냉각수단(2131)이 별도의 구성에 의해 냉각된 제1열교환매체인 예를 나타내었다.
상기 제2배관(2200)은 상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)의 제2유입부(321) 및 제2배출부(322)와 연결되어 해수가 유동되는 구성이다.
상기 해수 저장부(2210)는 상기 제2배관(2200) 상에 구비되어 해수를 저장한다.
상기 제2펌프(2220)는 상기 제2배관(2200) 상에 구비되어 상기 해수 저장부(2210)에 저장된 해수를 이송한다.
상기 제2열교환기(2230)는 상기 제2배관(2200) 상에 구비되며, 가열수단(2231)에 의해 냉각수를 냉각하는 수단으로서, 제2열교환매체와 해수가 열교환되어 해수를 가열한다.
이 때, 도 13은 상기 가열수단(2231)이 태양열 온수기에 의해 가열된 열교환매체인 예를 나타내었다.
또한, 본 발명의 직접 접촉 막증류 시스템(2000)은 상기 냉각수 저장부(2110) 내부의 냉각수 양을 측정하는 측정부(2301, 2302)가 더 구비될 수 있다.
상기 측정부(2301, 2302)는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 도 13에서, 도면부호 2301로 나타낸, 상기 냉각수 저장부(2110)의 질량을 측정하는 수단이 이용되거나, 도면부호 2302로 나타낸, 냉각수 저장부(2110)의 수위를 측정하는 수단이이 이용될 수 있다.
아울러, 본 발명의 직접 접촉 막증류 시스템(2000)은 상기 제1채널(200)과 인접한 제1배관(2100) 상에 하나 이상 구비되어 냉각수 온도를 센싱하는 제1온도센서(2410); 및 상기 제2채널(300)과 인접한 제2배관(2200) 상에 하나 이상 구비되어 해수 온도를 센싱하는 제2온도센서(2420);를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 본 발명의 직접 접촉 막증류 시스템(2000)의 작동을 전체적으로 제어하는 구성으로서, 구체적으로 상기 제1펌프(2120)에 의한 냉각수의 유동, 상기 냉각수단(2131)에 의한 냉각수의 냉각 정도, 상기 제2펌프(2220)에 의한 해수의 유동, 상기 가열수단(2231)에 의한 해수의 가열 정도를 제어한다.
이 때, 상기 제어부는 상기 제1온도센서(2410) 및 제2온도센서(2420)를 통해 측정된 냉각수 및 해수의 온도를 통해 전체 시스템을 제어함으로써, 전체 시스템의 작동 상태를 확인하고, 운전 제어가 용이한 장점이 있다.
도 13에서, 상기 제1온도센서(2410)가 상기 제1채널(200)의 전측 및 후측에 각각 형성되고, 상기 제2온도센서(2420)가 상기 제2채널(300)의 전측 및 후측에 각각 형성된 예를 나타내었다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 직접 접촉 막증류 장치(1000a, 1000b, 1000c : 각 단위모듈)
100 : 분리막 110 : 지지부
200 : 제1채널
210 : 제1몸체 211 : 제1유동부
L211 : 제1유동부의 깊이
221 : 제1유입부 222 : 제1배출부
230 : 제1안내관 231 : 제1중공홀
240 : 제2안내관 241 : 제2중공홀
300 : 제2채널
310 : 제2몸체 311 : 제2유동부
321 : 제2유입부 322 : 제2배출부
330 : 제3안내관 331 : 제3중공홀
340 : 제4안내관 341 : 제4중공홀
400 : 고정수단
510 : 제1실링수단 520 : 제2실링수단
2000 : 직접 접촉 막증류 시스템
2100 : 제1배관
2110 : 냉각수 저장부
2120 : 제1펌프
2130 : 제1열교환기 2131 : 냉각수단
2200 : 제2배관
2210 : 해수 저장부
2220 : 제2펌프
2230 : 제2열교환기 2231 : 가열수단
2301, 2302 : 측정부
2410 : 제1온도센서 2420 : 제2온도센서

Claims (13)

  1. 지지부(110)에 의해 지지되는 분리막(100);
    상기 분리막(100)의 일측에 구비되며, 내부에 상기 분리막(100)에 대응되는 공간인 제1유동부(211)가 형성되는 제1몸체(210), 순수한 냉각수를 상기 제1유동부(211)로 유입하는 제1유입부 (221)와, 배출하는 제1배출부 (222)와, 상기 제1유동부(211) 내부에 상기 제1유입부(221)와 연통되는 관형태로, 제1중공홀(231)이 복수개 중공형성되는 제1안내관(230)과, 상기 제1유동부(211) 내부에 상기 제1배출부(222)와 연통되는 관형태로 제2중공홀(241)이 복수개 중공형성되는 제2안내관(240)을 포함하는 제1채널(200);
    상기 분리막(100)의 타측에 구비되며, 내부에 상기 분리막(100)에 대응되는 공간인 제2유동부(311)가 형성되는 제2몸체(310), 해수를 상기 제2유동부(311)로 유입하는 제2유입부(321)와, 배출하는 제2배출부(322)가 형성된 제2채널(300); 및
    상기 제1몸체(210), 지지부(110), 및 제2몸체(310)를 고정하는 고정수단(400);을 포함하는 직접 접촉 막증류 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는
    상기 제1채널(200)의 제1유동부(211) 내부의 냉각수 흐름과 상기 제2채널(300)의 제2유동부(311) 내부의 해수 흐름이 상기 분리막(100)의 길이방향으로 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 직접 접촉 막증류 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는
    상기 제2유입부(321) 및 제2배출부(322)가 상기 분리막(100)의 길이방향으로 각각 상기 제2채널(300)의 양측에 구비되며,
    상기 제1안내관(230) 및 제2안내관(240)이 상기 분리막(100)의 길이방향으로 각각 상기 제1유동부(211) 공간의 양측에 구비되되, 상기 제1유입부(221) 및 제2유입부(321)가 각각 상기 분리막(100)의 폭방향으로 서로 다른 방향으로 구비되는 것을 특징으로 하는 직접 접촉 막증류 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2채널(300)은
    상기 제2유동부(311) 내부에 상기 제2유입부(321)와 연통되는 관형태로, 제3중공홀(331)이 복수개 중공형성되는 제3안내관(330)과, 상기 제2유동부(311) 내부에 상기 제2배출부(322)와 연통되는 관형태로 제4중공홀(341)이 복수개 중공형성되는 제4안내관(340)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 직접 접촉 막증류 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1안내관(230)의 제1중공홀(231) 높이방항 최대 내경 및 제2안내관(240)의 제2중공홀(241) 높이방향 최대 내경은 상기 제1채널(200)의 제1유동부(211) 높이방향 길이(L211)에 동일하게 대응되고,
    상기 제3안내관(330)의 제3중공홀(331) 높이방향 최대 내경 및 제4안내관(340)의 제4중공홀(341) 높이방향 최대 내경은 상기 제2채널(300)의 제2유동부(311) 높이방향 길이(L311)에 동일하게 대응되는 것을 특징으로 하는 직접 접촉 막증류 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는
    상기 제1채널(200), 분리막(100) 및 제2채널(300)이 단위모듈로서,
    복수개의 단위모듈이 높이방향으로 적층되는 것을 특징으로 하는 직접 접촉 막증류 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는
    인접하는 단위모듈들이 적층방향으로 일측 단위모듈의 제1채널(200)과 타측 단위모듈의 제1채널(200)이 인접하게 위치되고, 일측 단위모듈의 제2채널(300)과 타측 단위모듈의 제2채널(300)이 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 직접 접촉 막증류 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는
    상기 인접하는 일측 단위모듈의 제1채널(200)과 타측 단위모듈의 제1채널(200)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 직접 접촉 막증류 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)는
    인접하는 일측 단위모듈의 제2채널(300)과 타측 단위모듈의 제2채널(300)이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 직접 접촉 막증류 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 선택되는 어느 한 항에 의한 직접 접촉 막증류 장치(1000);
    상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)의 제1유입부(221) 및 제1배출부(222)와 연결되는 제1배관(2100);
    상기 제1배관(2100) 상에 구비되는 냉각수 저장부(2110);
    상기 제1배관(2100) 상에 구비되는 제1펌프(2120);
    상기 제1배관(2100) 상에 구비되며, 냉각수단(2131)에 의해 냉각수를 냉각하는 제1열교환기(2130);
    상기 직접 접촉 막증류 장치(1000)의 제2유입부(321) 및 제2배출부(322)와 연결되는 제2배관(2200);
    상기 제2배관(2200) 상에 구비되는 해수 저장부(2210);
    상기 제2배관(2200) 상에 구비되는 제2펌프(2220);
    상기 제2배관(2200) 상에 구비되며, 가열수단(2231)에 의해 해수를 가열하는 제2열교환기(2230); 및
    상기 제1펌프(2120), 냉각수단(2131), 제2펌프(2220), 및 가열수단(2231)의 작동을 제어하는 제어부(미도시); 를 포함하는 직접 접촉 막증류 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 직접 접촉 막증류 시스템(2000)은 상기 가열수단(2231)이 태양열 온수기에 의해 가열된 열교환매체인 것을 특징으로 하는 직접 접촉 막증류 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 직접 접촉 막증류 시스템(2000)은 상기 냉각수 저장부(2110) 내부의 냉각수 양을 측정하는 측정부(2301, 2302)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 직접 접촉 막증류 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 직접 접촉 막증류 시스템(2000)은
    상기 제1채널(200)과 인접한 제1배관(2100) 상에 하나 이상 구비되어 냉각수 온도를 센싱하는 제1온도센서(2410); 및
    상기 제2채널(300)과 인접한 제2배관(2200) 상에 하나 이상 구비되어 해수 온도를 센싱하는 제2온도센서(2420); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 접촉 막증류 시스템.
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