KR101679766B1

KR101679766B1 - 막증류에 의한 담수 제조장치

Info

Publication number: KR101679766B1
Application number: KR1020150069580A
Authority: KR
Inventors: 김승현; 최용준; 이태민
Original assignee: 경남대학교 산학협력단
Priority date: 2015-05-19
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2016-11-25

Abstract

본 발명은 막증류에 의한 담수제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증기압차를 구동력으로 하여 세공의 분리막을 통해 증기가 이동하는 막증류 모듈을 이용하여 담수를 제조하는 장치에 있어서, 상기 막증류 모듈은 강유전체를 함유한 재료를 포함하여 이루진 몸체가 구비되고, 몸체의 내부 측면에 마이크로파 발생기가 구비됨으로써, 담수 제조 공정에서 소모되는 에너지 사용량을 감소시킬 뿐만 아니라 전기 생산이 가능하여 에너지 효율을 극대화할 수 있고 막증류 모듈 내부의 온도 구배를 최소화하여 담수 생산 효율을 향상시킬 수 있는 막증류에 의한 담수제조 장치에 관한 것이다.

Description

막증류에 의한 담수 제조장치 {FRESH WATER PRODUCTION APPARATUS BY MEMBRANE DISTILLATION}

본 발명은 에너지 효율을 극대화할 수 있는 막증류에 의한 담수 제조장치에 관한 것이다.

물은 인간의 가장 중요한 천연 자원으로써, 지구 표면의 약 75％를 덮고 있다. 지구상에 존재하는 물의 약 97％는 바다에 있고, 나머지 3％ 중의 약 2/3는 극 지방의 만년설이나 빙하로 존재한다.

그러나 바다에 존재하는 해수는 인간의 생활용수나 산업용수로 이용하기에는 염도가 너무 높은바, 실제로 인간이 생활에 이용할 수 있는 담수는 매우 적다.

더욱이, 오늘날에는 계속하여 증가되고 있는 산업화와 이에 따른 환경오염으로 인해 인간의 생활에 이용할 수 있는 담수는 점차 그 양이 줄어들고 있으며, 이로 인해 담수 부족 및 고갈 현상이 점차 증가하고 있다.

따라서 이러한 담수 부족 및 고갈 현상을 해결하기 위한 방안으로서, 전술한 바와 같이 많은 양의 해수를 담수로 전환하기 위한 방안이 모색되고 있으며, 이러한 방안을 구현하기 위하여 다양한 해수의 담수화 장치가 개발되고 있다.

일반적으로, 해수담수화 방법은 크게 증발법(Distillation), 역삼투법(Reverse Osmosis), 전기장을 이용한 전기 투석법(Electro-dialysis), 냉열에너지를 이용한 냉동법(Freezing Process) 및 소수성 막을 이용한 막증류법(membrane distillation)이 있다.

이 중 막증류법을 이용한 해수 담수화 기술은, 다른 방식에 비하여 운전 방식이 간단하고 높은 운전압력이 필요하지 않으며 처리된 담수의 순도가 높은 장점이 있다.

상기한 막증류법을 이용한 종래 기술로 한국공개특허 제2008-0082627호에서는 다단 멤브레인 증류 장치에서 농축될 액체가 멤브레인에 의해 증기 공간으로부터 격리되고 농축될 액체의 절대 압력의 설정을 위해, 농축될 액체의 절대압력을 낮추는 부압이 인가되도록 증류 프로세스를 구성한 멤브레인 증류장치를 개시한 바가 있다.

구체적으로 a) 농축될 액체의 절대 압력을 낮추는 부압이 농축될 액체에 가해지고, b) 농축될 액체의 압력이 부압, 증류 프로세스의 부압으로 낮아지고, c) 증류 프로세스의 부압 영역에 대하여 입출되는 액체가 주위 압력으로부터 격리되고, d) 액체의 절대 압력이 그 온도에 대응하는 비등 증기압 이하로 낮아진다. 이때, 상기 멤브레인 증류 프로세스로 들어가는 액체의 절대 압력은 연관되는 멤브레인 증류 장치 내의 압력과 실질적으로 대응되도록 설정된다.

상기 멤브레인 증류장치는 막모듈에 증기화된 해수를 유입하여 소모되는 에너지량이 커서 효율이 낮고, 제1 및 제2 스테이지로 구성되어 장치의 설비가 복잡하다는 단점이 있다.

본 발명은 간소화 및 단순화된 하나의 모듈을 사용하여 담수 제조 공정에서 소모되는 에너지 사용량을 감소시킬 수 있는 막증류에 의한 담수제조 장치를 제조하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 막증류된 증기와 해수의 열교환에 의해 예열된 해수를 제공할 뿐만 아니라 상기 증기와 해수의 온도차에 의해 전기 생산이 가능하여 에너지 효율을 극대화할 수 있는 담수 제조장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 막증류 모듈 내부의 온도 구배를 최소화하여 담수 생산 효율을 향상시킬 수 있는 담수 제조장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 증기압차를 구동력으로 하여 세공의 분리막을 통해 증기가 이동하는 막증류 모듈을 이용하여 담수를 제조하는 장치에 있어서, 상기 막증류 모듈은 강유전체를 함유한 재료를 포함하여 이루진 몸체가 구비되고, 몸체의 내부 측면에 마이크로파 발생기가 구비된 것을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수제조 장치를 제공한다.

상기 막증류 모듈은 직접 접촉식 막증발(DCMD), 공기층 막증류(AGMD), 기체 흐름식 막증류(SGMD) 및 진공식 막증류(VMD)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 막증류를 포함하는 모듈일 수 있다.

상기 막증류 모듈의 몸체는 그 내부면에 강유전체층이 형성된 것일 수 있다.

상기 강유전체는 BaO-PbO-Nd₂O₃-Bi₂O₃-TiO₂, Al₂O_3,MgTiO₃-CaTiO₃, (Zr, Sn)TiO₄, BaTi₄O₉, Ba₂Ti₉O_20, 및 xCaTiO₃-(1-x)(La, Nb, Sm)AlO₃(단, 0.54≤x≤0.82)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 막증류 모듈에서 발생된 증기가 유입되는 증기이동부, 해수 저장조로부터 공급되는 해수가 유입되는 해수이동부, 및 상기 증기이동부와 해수이동부 사이에 배치되고 일측은 증기이동부와 접하고 타측은 해수이동부와 접하는 열전발전모듈이 구비된 열교환 장치를 추가로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 유입되는 해수를 저장하는 해수 저장조; 상기 해수 저장조로부터 공급되는 해수를 가열하는 가열 장치; 중공사 증류막이 구비되고 내부 측면에 마이크로파 발생기가 장착된 몸체, 상기 몸체의 상하부를 각각 덮는 상부캡과 하부캡 및 하부캡에 막증류 모듈의 배부를 진공상태로 유지하기 위한 진공펌프가 구비되어, 상기 가열장치를 거쳐 공급되는 해수로부터 상기 증류막에 의해 담수를 생산하는 막증류 모듈; 및 상기 막증류 모듈에서 발생된 증기가 유입되는 증기이동부, 해수 저장조로부터 공급되는 해수가 유입되는 해수이동부, 및 상기 증기이동부와 해수이동부 사이에 배치되고 일측은 증기이동부와 접하고 타측은 해수이동부와 접하는 열전발전모듈이 구비된 열교환 장치를 포함하며, 상기 막증류 모듈의 몸체는 강유전체를 함유한 재료를 포함하여 이루어지고, 상기 열전발전모듈은 박막 열전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수제조 장치를 제공한다.

상기 중공사 증류막은 복수개의 중공사막이 구비된 중공사 다발과, 상기 중공사 다발을 수납하는 모듈 케이스를 포함할 수 있다.

상기 막증류 모듈은 열전발전모듈과 직렬로 배열될 수 있다.

상기 박막 열전소자는 최대냉각온도가 40 내지 80℃일 수 있다.

상기 막증류 모듈의 몸체는 그 내부면에 강유전체층이 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 담수 제조장치는 종래에 비해 간소화되고 단순한 공정으로 담수의 제조가 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 담수 제조장치는 막증류 모듈로부터 발생된 증기와 원료인 해수를 열교환화여 예열된 해수를 유입할 수 있고 동시에 상기 증기와 해수의 온도차이와 박막 열전소자를 이용하여 전기 생산을 생산할 수 있어 에너지 효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 담수 제조장치는 장치 가동 시 발생되는 막증류 모듈 내부의 온도 구배를 최소화하여 담수 생산 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 담수 제조장치의 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는 막증류 모듈의 개략도를 나타낸 것으로, (a)직접 접촉식 막증발(DCMD), (b)공기층 막증류(AGMD), (c)기체 흐름식 막증류(SGMD) 및 (d)진공식 막증류(VMD)이다.

구체적으로 본 발명에 따른 막증류에 의한 담수제조 장치는 증기압차를 구동력으로 하여 세공의 분리막을 통해 증기가 이동하는 막증류 모듈을 이용하여 담수를 제조하는 장치에 있어서, 상기 막증류 모듈은 강유전체를 함유한 재료를 포함하여 이루진 몸체가 구비되고, 몸체의 내부 측면에 마이크로파 발생기가 구비된다.

막증류 모듈은 증기압차를 발생시키는 방법 및 막투과부 구성 형태에 따라 4가지, 구체적으로 직접 접촉식 막증발(DCMD), 공기층 막증류(AGMD), 기체 흐름식 막증류(SGMD) 및 진공식 막증류(VMD)로 구분된다(도 2).

상기 DCMD(Direct Contact MD)는 공정이 간단하고 투과유량(permeate)이 높아 널리 사용하고 있다. 구체적으로 액체상태의 뜨거운 유입수와 차가운 처리수를 직접 접촉시켜 막 표면에서 증발과 응축이 동시에 일어나는 방법이다. 이러한 DCMD는 평판형(flat sheet), 관형(capillary) 또는 중공사형(hollow fiber)의 형태로 구분된다(도 2의 a).

상기 AGMD(Air Gap MD)는 DCMD의 단점인 열 전달 및 물질 전달의 문제를 개선한 것으로, 공기의 간극에 의해 막으로부터 응축 표면이 떨어져 있는 형태이다. 즉 처리수 쪽(차가운 처리수와 막 사이)에 얇은 공기층을 둬서 열이 잘 전달되지 않게 하는 방법이다. 상기 공기층은 막을 통과한 수증기를 운반 및 열전달하는 매개체 역할을 한다(도 2의 b).

상기 SGMD(Sweep Gas MD)는 DCMD와 유사하나 차가운 Sweep Gas에 의해 응축표면이 간극으로 이루는 형태이다. 분리막을 통과한 수증기에 차가운 비활성 기체를 계속 흘려보내 조금 더 빠른 응축을 가능하게 한다. 즉 Sweep Gas는 분리막을 통과한 기체의 운반 및 응축을 수행하며, 구체적으로 질소 및 아르곤 등의 비활성 가스가 사용될 수 있다(도 2의 c).

SGMD는 Sweep Gas를 포집하는 별도의 포집장치가 구비되며, 액체 이외의 기체를 분리할 경우 Sweep Gas로부터 기체를 분리하는 공정이 추가된다.

상기 VMD(Vacuum MD)는 진공상태의 기체를 사용하는 방법으로 처리수 쪽으로 진공상태의 기체를 걸어주어 더 높은 압력차를 형성해 플럭스를 높이는 것이다. VMD는 모듈의 처리수쪽에 밀실을 설치하여 내부 환경을 진공상태로 유지하며 막을 투과한 수증기를 포집하는 별도의 장치가 요구된다(도 2의 d).

본 발명에 따른 상기 막증류 모듈의 몸체는 그 내부면에 강유전체층이 형성된 것이 바람직하며, 상기 강유전체는 BaO-PbO-Nd₂O₃-Bi₂O₃-TiO₂, Al₂O_3,MgTiO₃-CaTiO₃, (Zr, Sn)TiO₄, BaTi₄O₉, Ba₂Ti₉O_20, 및 xCaTiO₃-(1-x)(La, Nb, Sm)AlO₃(단, 0.54≤x≤0.82)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 막증류에 의한 담수제조 장치는 상기 막증류 모듈에서 발생된 증기가 유입되는 증기이동부, 해수 저장조로부터 공급되는 해수가 유입되는 해수이동부, 및 상기 증기이동부와 해수이동부 사이에 배치되고 일측은 증기이동부와 접하고 타측은 해수이동부와 접하는 열전발전모듈이 구비된 열교환 장치를 추가로 포함할 수 있다. 상기 열교환 장치는 하기에서 보다 구체적으로 설명한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 담수 제조장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 담수 제조장치의 개략도를 나타낸 것이다.

상기 도 1과 같이, 본 발명에 따른 담수 제조장치(10)는 유입되는 해수를 저장하는 해수 저장조(20); 상기 해수 저장조로부터 공급되는 해수를 가열하는 가열 장치(30); 진공상태 내에 증류막을 구비하여, 상기 가열장치를 거쳐 공급되는 해수로부터 상기 증류막에 의해 담수를 생산하는 막증류 모듈(40); 및 열전발전모듈(54)이 구비된 열교환 장치(50)를 포함한다.

상기 막증류 모듈(40)은 중공사 증류막(41)이 구비되고 내부 측면에 마이크로파 발생기(47)가 장착된 몸체, 상기 몸체의 상하부를 각각 덮는 상부캡(43)과 하부캡(44) 및 하부캡에 막증류 모듈의 배부를 진공상태로 유지하기 위한 진공펌프(45)가 구비된다. 이때, 상기 막증류 모듈의 몸체는 강유전체를 함유한 재료를 포함하여 이루어진다.

상기 열교환 장치(50)는 상기 막증류 모듈에서 발생된 증기가 유입되는 증기이동부(51), 해수 저장조로부터 공급되는 해수가 유입되는 해수이동부(52), 및 상기 증기이동부(51)와 해수이동부(52) 사이에 배치되고 일측은 증기이동부(51)와 접하고 타측은 해수이동부(52)와 접하는 열전발전모듈(54)이 구비된다.

본 발명에 따른 담수 제조장치(10)는 진공 막증류 공정을 수행하되, 증류막(41)이 구비된 막증류 모듈(40)과 열전발전모듈(54)이 구비된 열교환 장치(50)를 동시에 채용한다.

구체적으로 상기 막증류 모듈(40)과 열교환 장치(50)를 동시에 채용되어 종래에 비해 장치 구성이 간소화 및 단순화되며, 냉매로 해수를 사용하는 열교환 장치(50) 및 상기 열교환에 의해 예열된 해수를 가열 장치(30)에 유입할 수 있다.

또한, 상기 열교환 장치(50)는 열전발전모듈(54)을 구비하여 냉매인 해수와, 막증류 모듈(40)로부터 유입된 증기의 온도차이에 의해 전기에너지를 생산할 수 있다.

또한, 막증류 모듈(40)의 몸체(42)는 강유전체 및 마이크로파 발생기(47)를 구비하여 증류공정 운전 시 막증류 모듈 내부의 온도 구배를 최소화시키게 되므로 담수의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

해수 저장조(20)는 외부로부터 유입되는 해수를 저장하는 역할을 한다. 상기 해수 저장조(20)는 해수를 저장하기 위한 공간이 마련될 수 있는 형상을 갖는 것이라면 특별히 한정하지는 않으나, 일례로 원통 또는 사각 형상일 수 있다.

여기서 저장되는 해수는 염분이 포함되어 있는 물이라면 특별히 한정하지는 않는다. 다만 후술할 중공사막에 발생되는 파울링 또는 스케일의 발생을 최소화하기 위하여, 해수를 필터 여과하거나 또는 정삼투(FO) 등의 전처리 공정을 추가로 수행할 수 있다.

가열 장치(30)는 상기 해수 저장조(20)로부터 공급되는 해수 및 열교환에 의해 예열된 해수를 가열하는 역할을 한다. 상기 열교환에 의해 예열된 해수는 열교환장치(50)의 예열 해수 이송부(53)를 통하여 공급된다.

상기 가열 장치(30)는 후술할 막증류 모듈(40)에서의 막증류 공정을 수행하기 위한 최적의 온도로 해수를 가열하는 것이 바람직하다.

구체적으로 상기 온도는 50 내지 90℃인 것이 바람직하다. 상기 온도가 50℃ 미만인 경우에는 온도가 낮아 막증류 모듈(40)에서 증발이 어려울 수 있으며 90℃ 초과인 경우에는 에너지 효율이 현저히 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.

이러한 가열 장치(30)는 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지는 않는다. 일례로 가열 장치(30)는 히터, 태양광을 이용한 집열장치 등을 적용할 수 있으며, 에너지 소비량의 저감을 위해 태양광을 이용한 집열장치를 적용하는 것이 보다 바람직하다.

막증류 모듈(40)은 가열 장치(30)를 거쳐 공급되는 해수로부터 증기를 발생하는 역할을 한다.

상기 막증류 모듈(40)은 진공상태 내에 중공사 증류막(41)이 구비된 몸체(42)와, 상기 몸체(42)의 상하부를 각각 덮는 상부캡(43) 및 하부캡(44)을 포함한다.

또한, 상기 막증류 모듈은 가열된 해수가 유입되는 해수 유입구, 중공사 증류막에 의해 증류된 증기가 배출되는 증기 배출구 및 중공사 증류막에 의해 증류된 후 남은 해수가 배출되는 해수 배출구가 구비된다. 상기 해수 유입구, 증기 배출구, 및 해수 배출구의 위치는 특별히 한정되지 않으며, 해수의 유입, 증기의 배출, 해수 배출 등의 용이성 및 막증류 모듈의 진공 상태를 원활히 유지할 수 있는 위치에 구비될 수 있다.

상기 유입된 해수는 일부가 중공사 증류막에 의해 증기로 배출되고, 나머지는 해수 배출구를 통해 배출된다. 다수의 막증류 모듈 사용시 하나의 막증류 모듈에서 배출되는 해수가 다른 하나의 막증류 모듈의 유입수로 사용될 수 있다.

가열 처리된 해수는 몸체(42) 내에 구비된 중공사 증류막(41)을 통과하여 해수 중 농축수는 막 표면에서 분리되고, 증기(vapor)만이 막의 기공을 투과하여 방출된다.

이때 막증류 모듈(40)의 크기는 처리하고자 하는 해수의 유입량에 따라 적절하게 변경 가능하나, 몸체(42)의 내부에 중공사 증류막(41)이 구비되고 나서도 충분한 공간이 남아 있는 것이 바람직하다. 이는 가열 처리된 해수가 중공사 증류막(41)에 통과되기 전에 순환될 수 있는 공간을 확보하기 위함이다.

상기 막증류 모듈(40)의 몸체(42)는 강유전체를 함유한 재료를 포함한 재료로 이루어지며, 바람직하기로는 몸체의 내부면에 강유전체층이 형성된 것이 좋다. 상기 강유전체층은 필름상의 강유전체을 접합하거나, 강유전체를 함유한 조성물을 코팅하여 형성될 수 있다.

상기 강유전체는 통상적으로 사용되는 것을 특별히 한정하지는 않으나, 구체적으로 BaO-PbO-Nd₂O₃-Bi₂O₃-TiO₂, Al₂O_3,MgTiO₃-CaTiO₃, (Zr, Sn)TiO₄, BaTi₄O₉, Ba₂Ti₉O_20, 및 xCaTiO₃-(1-x)(La, Nb, Sm)AlO₃(단, 0.54≤x≤0.82)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 마이크로파 영역에서의 유전율 효과를 고려하면 xCaTiO₃-(1-x)(La, Nb, Sm)AlO₃(단, 0.54≤x≤0.82)이 바람직하다.

또한, 상기 몸체의 내부 측면에는 다수개의 마이크로파 발생기가 장착된다. 상기 마이크로파 발생기는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않는다.

일반적으로 막증류 모듈(40)은 상부에서 유입되는 가열된 해수의 온도가 하부로 갈수록 저하되어 막증류 효율이 낮아지게 된다. 본 발명은 마이크로파 발생기로부터 마이크로파가 조사되고, 상기 조사된 마이크로파가 강유전체를 가열하여 막증류 모듈 내부의 온도 구배를 최소화하게 된다.

또한, 상기 막증류 모듈(40)은 1개 이상이 구비될 수 있다. 2개 이상이면 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위내에서는 효율을 고려하여 자유롭게 배열할 수 있다.

이러한 막증류 모듈(40)의 중공사 증류막(41)은 복수개의 중공사막이 구비된 중공사 다발(41a) 및 상기 중공사 다발(41a)을 수납하는 모듈 케이스(41b)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 수납되는 중공사 다발(41a) 및 막증류 모듈의 개수는 목적으로 하는 담수 생산량 및 장치의 설치 기준 등을 고려하여 적절히 조절하는 것이 바람직하다.

상기한 구성의 막증류 모듈(40)은, 중공사 증류막(41)을 구비하여 종래 평막에 비해 단위부피 당 큰 막 면적을 확보할 수 있다.

또한, 상기 중공사 증류막(41)은 물은 통하지 않고 증기만이 통과하도록 소수성 고분자 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

일례로 상기 중공사 증류막(41)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐덴디플루오리드 및 폴리테트라플루오르에틸렌로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 재질로 형성되는 바람직하며, 보다 바람직하게는 폴리테트라플루오르에틸렌으로 형성되는 것이 좋다. 상기 폴리테트라플루오르에틸렌은 화학적으로 안정적인 고분자로 중공사막에 발생되는 파울링 또는 스케일 제거 시 강력한 약품 세정을 실시할 수 있다.

중공사 증류막(41)의 크기는 압력 손실, 막 강도 및 충진 효율을 고려하여 외경 및 내경의 크기, 중공사 증류막(41)의 기공 크기 등을 선택하는 것이 바람직하다.

상기 중공사 다발(41a)을 수납하는 모듈 케이스(41b)는 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 재질로 형성될 수 있으며, 일례로 내충격성이 우수하고 재이용이 가능한 스테인레스강으로 형성될 수 있다.

이와 같이 구성된 상기 막증류 모듈(40)은 그 내부를 진공 상태로 유지한다. 구체적으로 상기 하부캡(44)에는 막증류 모듈(40)에 존재하는 기체를 외부로 배출하는 펌프(45)가 형성되어 막증류 모듈(40)의 내부를 진공 상태로 유지할 수 있다.

상기와 같이 내부가 진공상태로 유지된 막증류 모듈(40)은 해수의 비점보다 낮은 비점에서 증기 발생이 가능하고, 동시에 증발 속도를 향상시킬 수 있다.

상기 막증류 모듈(40)에서 발생되는 증기는 하부캡(44)의 하부에 일체로 결합된 증기 유로(46)에 의해 후술할 열교환 장치(50)로 이동된다.

열교환 장치(50)는 막증류 모듈(40)에서 발생되는 증기와 해수 저장조(20)로부터 공급되는 해수가 열교환되어 담수를 생산하는 역할을 한다.

상기 열교환 장치(50)는 온도가 다른 2개의 저온 및 고온 유체를 직접 접촉시켜 유체간의 열교환을 수행하는 장치이다. 본 발명에서는 열교환 장치(50)의 열교환 효율을 고려하여 저온 유체는 약 5 내지 25℃의 해수이고, 고온 유체는 약 40 내지 80℃의 증기일 수 있다.

상기 열교환 장치(50)는 당해 분야에서 일반적으로 채용되는 구조를 적용할 수 있는 것으로서, 당 업자라면 용이하게 형성할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 상기 열교환 장치(50)에서의 열교환은 막증류 모듈(40)에서 발생되는 증기가 증기 유로(46)를 통해 유입되는 증기 이동부(51)와, 해수 저장조(20)로부터 공급되는 해수가 유입되는 해수 이동부(52)가 접하는 부분에서 수행될 수 있다. 이때 증기 이동부(51)의 증기와 해수 이동부(52)의 해수는 각각 반대 방향으로 유입/유출되는 것이 바람직하다. 일례로, 증기 이동부(51)의 증기는 하부에서 상부로, 해수 이동부(52)의 해수는 상부에서 하부로 유입/유출되는 될 수 있다.

이와 같이 증기와 해수간의 열교환으로 인해 증기 이동부(51)에서는 증기가 응축되어 담수를 생산하게 되고, 해수 이동부(52)에서는 열교환되어 예열된 해수가 예열 해수 이송부(53)를 통하여 가열 장치(30)로 공급된다.

또한, 본 발명의 열교환 장치는 상기 증기이동부(51) 및 해수이동부(52)와 함께 상기 증기이동부(51)와 해수이동부(52) 사이에 배치되고 일측은 증기이동부(51)와 접하고 타측은 해수이동부(52)와 접하는 열전발전모듈(54)이 구비된다.

상기 열전발전모듈(54)은 박막 열전소자를 포함하며, 상기 박막 열전소자는 막증류 모듈(40)에서 발생되는 증기와 해수 저장조(20)로부터 공급되는 해수의 온도차이를 고려하면 최대냉각온도가 40 내지 80℃인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 박막 열전소자는 Nextreme사의 제품, Kyrotherm사의 제품 또는 Microplet사의 제품을 사용할 수 있다.

상기 열전발전모듈(54)은 박막 열전소자의 양 끝단에 전선(미도시)이 연결된다. 상기 전선이 연결되면 막증류 모듈(40)에서 발생되는 증기와 해수 저장조(20)로부터 공급되는 해수의 온도차이에 의해 전위가 발생하여 전기를 생산하게 된다.

상기 박막 열전소자는 다수개가 포함될 수 있으며, 상기 박막 열전소자의 개수만큼의 전선을 구비하는 것이 바람직하다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 담수 제조장치
20: 해수 저장조
30: 가열 장치
40: 막증류 모듈 41: 중공사 증류막
41a: 중공사 다발 41b: 모듈 케이스
42: 몸체 43: 상부캡
44: 하부캡 45: 진공 펌프
46: 증기 유로 47: 마이크로파 발생기
48: 강유전체층
50: 열교환 장치 51: 증기 이동부
52: 해수 이동부 53: 예열 해수 이송부
54: 열전발전모듈

Claims

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유입되는 해수를 저장하는 해수 저장조;
상기 해수 저장조로부터 공급되는 해수를 가열하는 가열 장치;
중공사 증류막이 구비되고 내부 측면에 마이크로파 발생기가 장착된 몸체, 상기 몸체의 상하부를 각각 덮는 상부캡과 하부캡 및 하부캡에 막증류 모듈의 내부를 진공상태로 유지하기 위한 진공펌프가 구비되어, 상기 가열장치를 거쳐 공급되는 해수로부터 상기 증류막에 의해 담수를 생산하는 막증류 모듈; 및
상기 막증류 모듈에서 발생된 증기가 유입되는 증기이동부, 해수 저장조로부터 공급되는 해수가 유입되는 해수이동부 및 상기 증기이동부와 해수이동부 사이에 배치되고 일측은 증기이동부와 접하고 타측은 해수이동부와 접하는 열전발전모듈이 구비된 열교환 장치를 포함하되,
상기 중공사 증류막은 복수개의 중공사막이 구비된 중공사 다발과, 상기 중공사 다발을 수납하는 모듈 케이스를 포함하고,
상기 막증류 모듈의 몸체는 그 내부면에 xCaTiO3-(1-x)(La,Nb,Sm)AlO3(단, 0.54≤x≤0.82)인 강유전체를 함유한 재료를 포함하여 이루어지고,
상기 열전발전모듈은 최대냉각온도가 40 내지 80℃인 박막 열전소자를 포함하며,
상기 막증류 모듈은 상기 열전발전모듈과 직렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수제조 장치.
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