KR102016503B1 - Desalting and power generating hybrid device and method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 생산과 탈염이 동시에 가능한 역전기투석(RED, Reverse Electrodialysis)과 축전식탈염(CDI, Capacitive Deionization) 또는 전기투석(ED, Electrodialysis)을 연계한 일체형 장치의 후단에 역삼투모듈을 연계함으로써, 농도차발전 및 해수담수화가 연속적으로 가능한 탈염발전 하이브리드 장치 및 방법을 제공하고자 한다.The present invention connects the reverse osmosis module to the rear end of the integrated device in which reverse electrodialysis (RED) and capacitive deionization (CDI) or electrodialysis (ED) are possible. To provide a desalination power generation hybrid apparatus and method capable of continuously performing concentration difference generation and seawater desalination.

Description

탈염발전 하이브리드 장치 및 방법{DESALTING AND POWER GENERATING HYBRID DEVICE AND METHOD}Desalination and hybrid device and method {DESALTING AND POWER GENERATING HYBRID DEVICE AND METHOD}

본 발명은 탈염발전 하이브리드 장치 및 방법에 관한 것으로, 탈염과 전기 생산이 동시에 가능한 역전기투석(RED, Reverse Electrodialysis)과 축전식탈염(CDI, Capacitive Deionization) 또는 전기투석(ED, Electrodialysis)을 연계한 일체형 장치의 후단에 역삼투모듈을 연계함으로써, 농도차발전 및 해수담수화가 연속적으로 가능한 탈염발전 하이브리드 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a desalination power generation hybrid device and method, which is integrated with reverse electrodialysis (RED) and capacitive deionization (CDI) or electrodialysis (ED, Electrodialysis) capable of simultaneous desalination and electricity production. By connecting the reverse osmosis module to the rear end of the device, the present invention relates to a desalination power generation hybrid apparatus and method capable of continuously performing concentration difference generation and seawater desalination.

역전기투석(RED)은 농도가 다른 두 유체, 예를 들어 해수와 담수의 혼합 과정에서 발생한 염분차 또는 농도차 에너지를 전기 에너지 형태로 회수하는 것을 말한다.Reverse electrodialysis (RED) refers to the recovery of salinity or concentration difference energy generated in the process of mixing two different concentration fluids, for example, seawater and fresh water, in the form of electrical energy.

보다 구체적으로, 역전기투석(RED)은 해수와 담수를 이용한 염분차로 발전하는 시스템으로서, 해수와 담수의 농도차로 인해 이온이 이온교환막(양이온교환막과 음이온교환막)을 통해 이동하게 되고, 복수개의 이온교환막이 번갈아 배열된 스택(stack)의 양쪽 끝의 전극(양전극, 음전극)간의 전위차를 발생시키며, 전극상에서 산화환원반응을 통하여 전기에너지를 생성하는 장치이다.More specifically, reverse electrodialysis (RED) is a system for generating a salt difference using sea water and fresh water, and due to the concentration difference between sea water and fresh water, ions move through an ion exchange membrane (cation exchange membrane and anion exchange membrane), and a plurality of ions It generates a potential difference between electrodes (positive electrode and negative electrode) at both ends of the stack in which the exchange membranes are alternately arranged, and generates electric energy through a redox reaction on the electrodes.

즉, 해수(염수)에 용해되어 있는 이온이 이온교환막을 통해 담수로 이동하면서 발생되는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 직접 전환하는 발전방식으로 기존의 풍력, 태양광과 같은 발전 방식과 비교하여 부하 변동이 거의 없고, 이용률이 90% 이상인 발전장치이다.In other words, it is a power generation method that directly converts chemical energy generated as ions dissolved in seawater (salt water) into fresh water through ion exchange membranes into electrical energy. Almost none, it is a power generator with a utilization rate of 90% or more.

한편, 축전식 탈염(CDI) 공정은 전극에 전위를 인가했을 때 전극 표면에 형성되는 전기이중층에서 발생하는 전기적 인력에 의한 이온들의 흡착 반응을 이용하여 이온을 제거하는 기술이다. On the other hand, a capacitive desalination (CDI) process is a technique of removing ions by using an adsorption reaction of ions due to electrical attraction generated in an electric double layer formed on the electrode surface when a potential is applied to the electrode.

보다 구체적으로, 축전식 탈염 공정은 1 ~ 2 볼트(V)의 전극 전위를 인가했을 때 전극 표면에 형성되는 전기이중층에서의 흡착반응으로 유입수 중의 이온 물질들을 제거하고, 흡착된 이온이 전극의 축전용량에 도달하게 되면 전극전위를 0 볼트(V), 또는 반대 전위로 전환하여 흡착된 이온들을 탈착시켜 전극을 재생하게 된다. More specifically, the capacitive desalination process removes ionic substances in the influent water by adsorption reaction in an electric double layer formed on the electrode surface when an electrode potential of 1 to 2 volts (V) is applied, and the adsorbed ions are stored in the electrode. When the capacity is reached, the electrode potential is switched to zero volts (V) or the opposite potential to desorb the adsorbed ions to regenerate the electrode.

이와 같은 축전식 탈염 공정은 낮은 전극전위 (약 1~2V)에서 작동하고, 그 결과 에너지 소비량이 다른 탈염 기술에 비해 월등이 낮기 때문에 저 에너지 소모형 차세대 탈염 기술로 평가되고 있다.The capacitive desalination process operates at a low electrode potential (about 1 to 2 V), and as a result, the energy consumption is much lower than that of other desalination technologies.

그러나, 이러한 축전식 탈염 공정은 이온이 전극의 축전 용량에 도달하게 되면 전극을 재생하기 위한 탈착 공정이 반드시 필요하기 때문에 연속 운전이 불가능 하였다. However, such a capacitive desalination process was not possible because continuous operation of the desorption process for regenerating the electrode is necessary when ions reach the storage capacity of the electrode.

또한, 축전식 탈염 공정에서 전극으로 다공성 탄소 전극을 많이 사용하는데, 이 때 급격한 전극 전위의 변화로 인해 전극에 흡착된 이온과 반대 전하의 이온들이 전기이중층으로 이동하면서 구멍에 흡착된 이온들이 모두 탈착되지 못하고 전극 표면에 잔류하게 되어 전극의 흡착 효율을 감소시키는 문제점이 있었다.In addition, a porous carbon electrode is frequently used as an electrode in a capacitive desalination process, in which ions adsorbed to the electrode and ions of opposite charges move to the electric double layer due to the rapid change of electrode potential, and all the ions adsorbed to the hole are desorbed. There is a problem in that it remains on the surface of the electrode to reduce the adsorption efficiency of the electrode.

한편, 전기투석(ED) 공정은 전극에 전위를 인가했을 때 물속에 녹아 있는 화학성분 중 전기적 성질을 갖는 전해질(양(+)이온 또는 음(-)이온)을 선택적으로 투과하는 이온교환막을 이용하여 이온성 물질을 분리하는 막 분리 공정이다.On the other hand, the electrodialysis (ED) process uses an ion exchange membrane that selectively permeates an electrolyte (positive or negative) having electrical properties among chemical components dissolved in water when an electric potential is applied to the electrode. To separate the ionic materials.

보다 구체적으로, 전극에 전력이 부여됨으로써, 물 속에 녹아 있는 양이온 또는 음이온이 각각의 전극 측으로 이동하게 되며, 그 때문에 이온 농도가 감소하는 탈염실과 이온 농도가 증가하는 농축실이 번갈아 형성된다.More specifically, by applying electric power to the electrode, the cation or anion dissolved in the water moves to each electrode side, so that a desalting chamber in which the ion concentration decreases and a concentration chamber in which the ion concentration increases are alternately formed.

그러나, 이러한 전기 투석을 이용한 탈염 공정은 전극에 전력을 부여 해야 하므로 에너지를 소비하는 단점이 있다. However, such a desalination process using electrodialysis has the disadvantage of consuming energy because the electrode needs to be powered.

또한, 역삼투(RO) 공정은 고농도 용액에 포함된 물이 반투과성 막을 통과하여 저 농도 용액으로 이동하며 탈염이 이루어지는 공정으로써, 탈염 과정에서 에너지 비용이 높은 단점이 있다. In addition, the reverse osmosis (RO) process is a process in which water contained in a high concentration solution moves to a low concentration solution through a semipermeable membrane, and desalination is performed.

이러한 기술들은 현재 새로운 신재생에너지원으로써 다양한 연구보고서와 논문 등이 발표되고 있지만, 역전기투석(RED) 장치 운전 시 발생하는 전기화학적 위치에너지를 축전식탈염(CDI) 또는 전기투석(ED) 운전에 이용하고, 후단에 연계된 역삼투(RO) 공정에 이용함으로써, 탈염 과정에 필요한 에너지를 저감시키면서 동시에 연속적으로 해수 또는 기수를 담수화할 수 있는 연계 시스템은 아직까지 보고된 바 없다.Although these technologies are currently being published as a new renewable energy source, various research reports and papers have been published. However, the electrochemical potential energy generated during the operation of reverse electrodialysis (RED) devices is controlled by capacitive desalination (CDI) or electrodialysis (ED) operation. By linking the reverse osmosis (RO) process in the subsequent stage, the linkage system that can desalination of seawater or brackish water while simultaneously reducing the energy required for the desalination process has not been reported.

본 발명은, 역전기투석(RED) 장치 운전 시 발생하는 전기화학적 위치에너지를 축전식탈염(CDI) 또는 전기투석(ED) 운전에 이용하고, 후단에 연계된 역삼투(RO) 공정에 이용함으로써, 탈염 과정에 필요한 에너지를 저감시키면서 동시에 연속적으로 해수 또는 기수를 담수화 하는 전기 생산과 탈염이 동시에 가능한 탈염발전 하이브리드 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention, by using the electrochemical potential energy generated during the operation of the reverse electrodialysis (RED) device for the operation of capacitive desalination (CDI) or electrodialysis (ED), by using the reverse osmosis (RO) process linked to the rear stage It is an object of the present invention to provide a desalination power generation hybrid apparatus and method capable of simultaneously producing electricity and desalination while simultaneously desalting seawater or brackish water while reducing energy required for desalination.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 인접하는 2개의 역전기 투석 발전부가 서로 다른 극성의 전극이 소정 간격으로 떨어져 마주하도록 마련된 복수 개의 역전기 투석 발전부 및 인접하는 2개의 역전기 투석 발전부의 마주하는 한 쌍의 전극 사이 공간을 갖고, 상기 공간으로 제1 고농도 용액이 유입되도록 마련된 탈염부를 포함하고, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유입되고, 제2 고농도 용액 및 제2 저농도 용액이 각각 배출되는 탈염-발전 유닛; 및 탈염-발전 유닛으로부터 배출된 제2 고농도 용액이 유입되고, 탈염-발전 유닛에서 생산된 전기가 공급되는 역삼투 모듈; 을 포함하는, 탈염발전 하이브리드 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of reverse electrodialysis generators and two adjacent reverse electrodialysis generators provided such that two adjacent reverse electrodialysis generators face each other at predetermined intervals. A desalting unit having a space between a pair of electrodes facing each other, the first high concentration solution being introduced into the space; a first high concentration solution and a first low concentration solution are respectively introduced, and a second high concentration solution and a second low concentration solution; Each of the desalination-generating units discharged; And a reverse osmosis module into which the second high concentration solution discharged from the desalination-generating unit is introduced and the electricity produced in the desalting-generation unit is supplied. Provided, a desalination hybrid device is provided.

또한, 역전기투석 발전부는, 제1 전극, 제1 전극과 전기적으로 연결된 제2 전극 및, 제1 및 제2 전극 사이에 배치되며, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유동하는 복수 개의 유로를 구획하기 위한 복수 개의 제1 이온교환막을 포함하는 제1 역전기 투석 발전부; 및 제2 전극과 소정 간격 떨어져 위치한 제3 전극 및 제3 전극과 전기적으로 연결된 제4 전극, 제3 및 제4 전극 사이에 배치되며, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유동하는 복수 개의 유로를 구획하기 위한 복수 개의 제2 이온교환막을 포함하는 제2 역전기투석 발전부를 포함하며, 제2 전극과 제3 전극은 극성이 상이한 것을 포함한다.In addition, the reverse electrodialysis power generation unit is disposed between the first electrode, the second electrode electrically connected to the first electrode, and the first and second electrodes, and the plurality of first high concentration solution and the first low concentration solution, respectively A first reverse electrodialysis generator comprising a plurality of first ion exchange membranes for partitioning the flow path; And a plurality of third electrodes disposed between the second electrode and the third electrode and the fourth electrode, the third electrode, and the fourth electrode electrically connected to the third electrode, wherein the first high concentration solution and the first low concentration solution respectively flow. And a second reverse electrodialysis power generation unit including a plurality of second ion exchange membranes for partitioning the flow path, wherein the second electrode and the third electrode include different polarities.

또한, 탈염부는, 제2 전극과 제3 전극의 마주보는 대향면들 사이 공간으로 정의되는 탈염 유로를 갖는 것을 포함한다.In addition, the desalting part includes having a desalting flow path defined as a space between opposite surfaces of the second electrode and the third electrode.

또한, 역삼투 모듈은, 제2 고농도 용액이 유입되며, 제3 고농도 용액 및 담수를 각각 배출하도록 마련되는 것을 포함한다.In addition, the reverse osmosis module, the second high concentration solution is introduced, and includes a third high concentration solution and fresh water to be provided to discharge.

또한, 탈염부는, 제1 고농도 용액이 유동하기 위한 적어도 하나 이상의 탈염 유로 및 농축 유로를 구획하기 위한 복수 개의 제3 이온교환막을 추가로 포함한다.Further, the desalting unit further includes at least one desalting flow passage for flowing the first high concentration solution and a plurality of third ion exchange membranes for dividing the concentrated flow passage.

또한, 제1 고농도 용액은 유동 시, 제2 전극과 제3 전극의 마주보는 대향면들 측으로 제1 고농도 용액의 이온성 물질이 이동하는 것을 포함한다.The first high concentration solution also includes the movement of the ionic material of the first high concentration solution toward opposite sides of the second electrode and the third electrode during flow.

또한, 역삼투 모듈에서 토출된 제3 고농도 용액 및 탈염-발전 유닛에서 배출된 제2 저농도 용액이 각각 유입되는 제3 역전기 투석 발전부를 추가로 포함한다.The apparatus may further include a third reverse electrodialysis power generation unit into which each of the third high concentration solution discharged from the reverse osmosis module and the second low concentration solution discharged from the desalination-generation unit flows.

또한, 제3 역전기 투석 발전부에서 생산된 전기는, 역삼투 모듈, 전기충전기 및 전기자동차 중 선택되는 적어도 하나로 공급하도록 마련된, 제2 전기 공급부를 추가로 포함한다.In addition, the electricity produced by the third reverse electric dialysis power generation unit further includes a second electric supply unit, which is provided to supply at least one selected from a reverse osmosis module, an electric charger, and an electric vehicle.

또한, 제3 역전기 투석 발전부에서 각각 토출된 용액이 유입되도록 마련된 소수력 또는 조류발전 유닛을 추가로 포함한다.The apparatus may further include a hydrophobic force or algae power generation unit provided to introduce a solution discharged from the third reverse electrodialysis generator.

또한, 소수력 또는 조류발전 유닛에서 생산된 전기는, 역삼투 모듈로 공급하도록 마련된 제3 전기 공급부를 추가로 포함한다.In addition, the electricity produced in the hydrophobic or tidal current unit further includes a third electricity supply arranged to supply the reverse osmosis module.

또한, 역삼투 모듈에서 토출된 제3 고농도 용액 및 탈염-발전 유닛에서 배출된 제2 저농도 용액이 각각 유입되어, 제3 고농도 용액과 제2 저농도 용액의 삼투압 차에 의해 전기를 생산하도록 마련된 압력지연삼투 모듈을 추가로 포함한다.In addition, the third high-concentration solution discharged from the reverse osmosis module and the second low-concentration solution discharged from the desalination-generating unit are introduced, respectively, and a pressure delay provided to produce electricity by the osmotic pressure difference between the third high-concentration solution and the second low-concentration solution. Further comprises an osmotic module.

또한, 압력지연삼투 모듈에서 토출된 용액이 유입되도록 마련된 소수력 또는 조류발전 유닛을 추가로 포함한다.The apparatus further includes a hydrophobic force or a tidal power generation unit provided to introduce a solution discharged from the pressure delay osmosis module.

또한, 제3 역전기 투석 발전부는, 소정간격 이격되게 배치되며, 전기적으로 연결된 산화전극 및 환원전극, 산화전극 및 환원전극 사이에 배치되어 제3 고농도 용액이 유동하는 고농도 유로 및 제2 저농도 용액이 유동하는 저농도 유로를 구획하기 위한 복수 개의 이온교환막을 포함하고, 고농도 유로를 유동하는 제3 고농도 용액의 이온성물질이 복수 개의 이온교환막을 선택적으로 이동함으로써 전기를 생산하며, 산화전극 및 환원전극으로 전해질이 공급되어 산화전극 및 환원전극에서 각각 산화반응 및 환원반응에 의해 기체상 산소와 기체상 수소를 생산하며, 생산된 산소와 수소가 각각 배출되는 산소 배출부 및 수소 배출부를 포함한다.In addition, the third reverse dialysis power generation unit, the high concentration flow path and the second low concentration solution which is disposed between the predetermined interval, and electrically connected between the anode and the reduction electrode, the anode and the reduction electrode flows It includes a plurality of ion exchange membrane for partitioning the flowing low-concentration flow path, the ionic material of the third high concentration solution flowing in the high concentration flow path selectively produces a plurality of ion exchange membrane to produce electricity, and to the anode and the cathode The electrolyte is supplied to produce gaseous oxygen and gaseous hydrogen by oxidation and reduction at the anode and the cathode, respectively, and includes an oxygen outlet and a hydrogen outlet, through which the produced oxygen and hydrogen are discharged, respectively.

또한, 산소 배출부 및 수소 배출부는, 산소 배출부 및 수소 배출부에서 각각 배출된 산소 및 수소가 산소 저장장치 및 수소 저장장치로 각각 공급되도록 마련된, 산소 공급유로 및 수소 공급유로를 추가로 포함한다.In addition, the oxygen discharge portion and the hydrogen discharge portion further includes an oxygen supply passage and a hydrogen supply passage, which are provided to supply oxygen and hydrogen discharged from the oxygen discharge portion and the hydrogen discharge portion, respectively, to the oxygen storage device and the hydrogen storage device, respectively. .

또한, 역삼투 모듈에서 토출된 제3 고농도 용액 및 탈염-발전 유닛에서 배출된 제2 저농도 용액이 유입되어 전기를 생산하도록 마련된 소수력 또는 조류발전 유닛을 추가로 포함한다.In addition, the third high concentration solution discharged from the reverse osmosis module and the second low concentration solution discharged from the desalination-generation unit further includes a hydrophobic or algae power generation unit arranged to generate electricity.

이에 더하여, 본 발명은, 상기에서 서술한 하이브리드 탈염발전 장치의 탈염-발전 유닛으로 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유입되고, 제2 고농도 용액 및 제2 저농도 용액이 각각 배출되는 단계; 탈염-발전 유닛으로부터 배출된 제2 고농도 용액이 유입되고, 탈염-발전 유닛에서 생산된 전기가 역삼투 모듈로 공급되는 단계; 를 포함하는 탈염발전 방법을 제공한다.In addition, the present invention, the first high concentration solution and the first low concentration solution is introduced into the desalination-generation unit of the above-described hybrid desalination unit, the second high concentration solution and the second low concentration solution are respectively discharged; Introducing a second high concentration solution discharged from the desalination-generation unit, and supplying electricity produced in the desalination-generation unit to the reverse osmosis module; It provides a desalination power generation method comprising a.

본 발명에 따르면, 탈염-발전 유닛의 제1 및 제2 발전부에서 에너지를 생산하며, 이 때 생산되는 에너지는 탈염부에 사용함으로써, 추가적인 에너지를 사용하지 않고, 해수 및 기수의 전기화학적 탈염을 통해 연속적으로 담수를 생산할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, energy is produced in the first and second power generation units of the desalination-generating unit, and the energy produced is used in the desalination unit, so that electrochemical desalination of seawater and brackish water is not used. Through this, there is an effect that can produce fresh water continuously.

또한, 탈염을 위해 후단에 연계된 역삼투 모듈에 필요한 전기를 탈염-발전 유닛에서 공급하고, 탈염발전 유닛에서의 배출수는 기존 해수담수화 역삼투 공정에 공급되는 농도보다 낮게 유지되기 때문에, 역삼투 모듈의 소모 에너지를 최소화할 수 있을 뿐 아니라 생산된 담수를 음용수로 활용하거나 기타 생활 용수로 활용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the reverse osmosis module is supplied with electricity required for the reverse osmosis module connected to the rear stage for desalination, and the discharge water from the desalination unit is kept lower than the concentration supplied to the existing seawater desalination reverse osmosis process. In addition to minimizing energy consumption, the produced fresh water can be used as drinking water or other living water.

또한, 탈염-발전 유닛의 전기를 생산하기 위한 각각의 캐소드 전극과 애노드 전극의 전기회로를 독립적으로 연결함으로써, 장치 일부에 문제가 생겨도 연속적인 운전을 유지함과 동시에 유지보수가 용이하다.In addition, by independently connecting the electrical circuits of the cathode electrode and the anode electrode for producing electricity of the desalination-generation unit, it is easy to maintain and maintain continuous operation even if a problem occurs in part of the device.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈염발전 하이브리드 장치의 개략도 이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈염-발전 유닛의 구성도 이다.
도 7 내지 도 13은 본 발명의 서로 다른 실시예에 따른 탈염발전 하이브리드 장치의 구성도이다.
1 is a schematic diagram of a desalination hybrid device according to an embodiment of the present invention.
2 to 6 is a block diagram of a desalination-generating unit according to an embodiment of the present invention.
7 to 13 is a block diagram of a desalination hybrid device according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.In addition, irrespective of the reference numerals, the same or corresponding components will be given the same or similar reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. For the convenience of description, the size and shape of each component member may be exaggerated or reduced. Can be.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

본 발명은 역전기투석(RED) 장치 운전 시 발생하는 전기화학적 위치에너지를 축전식탈염(CDI) 또는 전기투석(ED) 운전에 이용하고, 후단에 연계된 역삼투(RO) 공정에 이용함으로써, 탈염 과정에 필요한 에너지를 저감시키면서 동시에 연속적으로 해수 또는 기수를 담수화 하는 전기 생산과 탈염이 동시에 가능한 하이브리드 시스템에 관한 것이다.The present invention uses the electrochemical potential energy generated during the operation of the reverse electrodialysis (RED) device for the operation of capacitive desalination (CDI) or electrodialysis (ED), and by using the reverse osmosis (RO) process connected to the rear stage, The present invention relates to a hybrid system capable of simultaneously producing electricity and desalination while simultaneously desalting seawater or brackish water while reducing energy required for desalination.

예시적인 본 발명의 탈염발전 하이브리드 장치에 의하면, 탈염발전 유닛의 제1 및 제2 역전기 투석 발전부에서 에너지를 생산하며, 이 때 생산되는 에너지는 탈염부 및 후단에 연계된 역삼투모듈에 사용함으로써, 에너지 소모를 감소시키면서, 해수 및 기수의 전기화학적 탈염을 통해 연속적으로 담수를 생산할 수 있는 효과가 있다.According to an exemplary desalination power generation hybrid apparatus of the present invention, energy is produced in the first and second reverse electrodialysis power generation units of the desalination power generation unit, and the energy produced is used in the reverse osmosis module connected to the desalination part and the rear end. Thereby, while reducing energy consumption, there is an effect that can continuously produce fresh water through the electrochemical desalination of sea water and brackish water.

특히, 탈염발전 하이브리드 장치의 후단에 농도차 발전 장치, 소수력 및 조력 발전장치 등을 연계하여 생산된 전기를 역삼투모듈에 사용함에 따라 추가적인 에너지를 사용하지 않고, 염수, 해수 및 기수의 탈염을 통해 연속적으로 담수를 생산할 수 있는 효과가 있다.In particular, since the reverse osmosis module uses electricity produced by connecting the concentration difference generator, the hydrophobic power and the tidal power generator to the reverse stage of the desalination power generation hybrid device, the desalination of brine, seawater, and brackish water does not use additional energy. It is effective to produce fresh water continuously.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈염발전 하이브리드 장치의 개략도, 도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈염발전 유닛의 구성도, 도 7 내지 도 13은 본 발명의 서로 다른 실시예에 따른 탈염발전 하이브리드 장치의 구성도이다. 1 is a schematic diagram of a desalination power generation hybrid apparatus according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 6 are structural diagrams of a desalination power generation unit according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 7 to 13 are different from each other of the present invention. It is a block diagram of the desalination hybrid device which concerns on an Example.

먼저, 본 명세서에서는 역전기투석 발전부에서 일반적으로 각각의 이온교환막 사이에, 내부의 유로 간격을 유지하기 위해 배치되는 스페이서 및 가스켓 등은 설명의 편의를 위해 생략하였다.First, in the present specification, spacers and gaskets disposed in order to maintain internal flow path spacing between respective ion exchange membranes in the reverse electrodialysis generator are omitted for convenience of description.

이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 탈염발전 하이브리드 장치 (10)를 상세히 설명한다.Hereinafter, the desalination power generation hybrid apparatus 10 of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 13.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 탈염발전 장치(10)는 인접하는 2개의 역전기 투석 발전부(100,200)가 서로 다른 극성의 전극이 소정 간격으로 떨어져 마주하도록 마련된 복수 개의 역전기투석 발전부 및 인접하는 2개의 역전기투석 발전부(100,200)의 마주하는 한 쌍의 전극(102,201) 사이 공간을 갖고, 상기 공간으로 제1 고농도 용액이 유입되도록 마련된 탈염부(300)를 포함하고, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유입되고, 제2 고농도 용액 및 제2 저농도 용액이 각각 배출되는 탈염-발전 유닛(1000) 및 탈염-발전 유닛(1000)으로부터 배출된 제2 고농도 용액이 유입되고, 탈염-발전 유닛에서 생산된 전기가 공급되는 역삼투 모듈(2000)을 포함한다.As shown in FIG. 1, in the hybrid desalination apparatus 10 according to an exemplary embodiment, a plurality of adjacent reverse electrodialysis generators 100 and 200 are provided such that electrodes having different polarities face each other at predetermined intervals. Desalting unit 300 having a space between two reverse electrodialysis generators and a pair of electrodes 102 and 20 facing each other of the two reverse electrodialysis generators 100 and 200, and the first high concentration solution is introduced into the space. And a first discharged from the desalination-generation unit 1000 and the desalination-generation unit 1000, into which the first high concentration solution and the first low concentration solution are respectively introduced, and the second high concentration solution and the second low concentration solution are discharged, respectively. 2 includes a reverse osmosis module 2000 into which a high concentration solution is introduced and to which electricity produced in a desalination-generating unit is supplied.

이하에서는, 역전기투석 발전부가 2개인 경우를 예로 들어 설명하지만, 후술할 제1 역전기투석 발전부(100)와 제2 역전기투석 발전부(200)가 교번하여 복수 개 마련될 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the case of two reverse electrodialysis power generation unit will be described as an example, but the first reverse electrodialysis power generation unit 100 and the second reverse electrodialysis power generation unit 200 to be described later may be provided in plural numbers alternately. It must be understood.

일 예로, 제1 역전기투석 발전부(100), 탈염부(300), 제2 역전기투석 발전부(200), 탈염부(300), 제1 역전기투석 발전부(100), 탈염부(300), 제2 역전기투석 발전부(200)의 순서로 배열될 수 있다.For example, the first reverse electrodialysis power generation unit 100, the desalting unit 300, the second reverse electrodialysis power generation unit 200, the desalting unit 300, the first reverse electrodialysis power generation unit 100, and the desalting unit 300, the second reverse electrodialysis generator 200 may be arranged in order.

상기 탈염-발전 유닛(1000)은, 인접하는 2개의 역전기투석 발전부(100, 200) 사이에 마련된 탈염부(300)를 포함한다.The desalting-generating unit 1000 includes a desalting unit 300 provided between two adjacent reverse electrodialysis generating units 100 and 200.

또한, 상기 탈염-발전 유닛(1000)은, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유입되고, 제2 고농도 용액 및 제2 저농도 용액이 각각 배출될 수 있다.In addition, the desalination-generation unit 1000 may include a first high concentration solution and a first low concentration solution, and a second high concentration solution and a second low concentration solution, respectively.

또한, 탈염-발전 유닛(1000)은 인접하는 2개의 역전기투석 발전부(100,200)가 서로 다른 극성의 전극이 소정 간격으로 떨어져 마주하도록 마련될 수 있다.In addition, the desalination-generating unit 1000 may be provided such that two adjacent electrodialysis generators 100 and 200 face each other with electrodes having different polarities at predetermined intervals.

특히, 탈염부(300)는 인접하는 2개의 역전기투석 발전부(100,200)의 마주하는 한 쌍의 전극 사이 공간을 갖고, 상기 공간으로 제1 고농도 용액이 유입되도록 마련될 수 있다.In particular, the desalting unit 300 may have a space between a pair of electrodes facing each other of the two reverse electrodialysis generators 100 and 200, and the first high concentration solution may be introduced into the space.

이에 더하여, 탈염-발전 유닛(1000)으로부터 배출된 제2 고농도 용액은 역삼투 모듈(2000)로 유입될 수 있다.In addition, the second high concentration solution discharged from the desalination-generating unit 1000 may be introduced into the reverse osmosis module 2000.

이 때, 탈염-발전 유닛에서 생산된 전기는 역삼투 모듈(2000)로 공급될 수 있다.At this time, the electricity produced in the desalination-generating unit may be supplied to the reverse osmosis module 2000.

먼저, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 탈염-발전 유닛(1000)을 상세하게 설명한다.First, the desalination-generating unit 1000 will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 6.

본 발명의 탈염-발전 유닛(1000)은, 제1 역전기투석 발전부(100), 제2 역전기투석 발전부(200) 및 탈염부(300)를 포함한다.The desalination-generating unit 1000 of the present invention includes a first reverse electrodialysis power generation unit 100, a second reverse electrodialysis power generation unit 200, and a desalination unit 300.

보다 구체적으로, 본 발명의 제1 역전기투석 발전부(100)는 제1 전극(101), 제1 전극(101)과 전기적으로 연결된 제2 전극(102) 및, 제1 전극(101)과 제2 전극(102) 사이에 배치되며, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유동하는 복수 개의 유로를 구획하기 위한 복수 개의 제1 이온교환막(110)을 포함한다.More specifically, the first reverse electrodialysis power generation unit 100 of the present invention includes a first electrode 101, a second electrode 102 electrically connected to the first electrode 101, and a first electrode 101. The plurality of first ion exchange membranes 110 are disposed between the second electrodes 102 to partition a plurality of flow paths through which the first high concentration solution and the first low concentration solution flow, respectively.

여기서, 제1 역전기투석 발전부(100)로 유입되는 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액은, 복수 개의 제1 이온교환막(110)에 의해 구획된 제1 유로(120) 및 제2 유로(130)로 각각 유입될 수 있다.Here, the first high concentration solution and the first low concentration solution flowing into the first reverse electrodialysis power generation unit 100 may be divided into a first flow path 120 and a second flow path separated by a plurality of first ion exchange membranes 110. 130 may be introduced into each.

또한, 본 발명의 제2 역전기투석 발전부(200)는 제2 전극(102)과 소정 간격 떨어져 위치한 제3 전극(201)및 제3 전극(201)과 전기적으로 연결된 제4 전극(202), 제3 전극(201) 및 제4 전극(202) 사이에 배치되며, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유동하는 복수 개의 유로를 구획하기 위한 복수 개의 제2 이온교환막(210)을 포함한다.In addition, the second reverse electrodialysis power generation unit 200 of the present invention includes a third electrode 201 and a fourth electrode 202 electrically connected to the third electrode 201, which are spaced apart from the second electrode 102 by a predetermined distance. And a plurality of second ion exchange membranes 210 disposed between the third electrode 201 and the fourth electrode 202 to partition a plurality of flow paths through which the first high concentration solution and the first low concentration solution flow, respectively. do.

여기서, 제2 역전기투석 발전부(200)로 유입되는 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액은 복수 개의 제2 이온교환막에 의해 구획된 제3 유로(220) 및 제4 유로(230)로 각각 유입될 수 있다.Here, the first high concentration solution and the first low concentration solution flowing into the second reverse electrodialysis power generation unit 200 are respectively divided into a third flow path 220 and a fourth flow path 230 partitioned by a plurality of second ion exchange membranes. Can be introduced.

특히, 제2 전극(102)과 제3 전극(201)은 극성이 상이할 수 있다.In particular, the second electrode 102 and the third electrode 201 may have different polarities.

이에 더하여, 탈염부(300)는 제2 전극(102)과 제3 전극(201)의 마주보는 대향면들 사이 공간으로 정의되는 탈염 유로(310)를 포함한다.In addition, the desalting unit 300 includes a desalting flow path 310 defined as a space between opposing surfaces of the second electrode 102 and the third electrode 201.

또한, 탈염부(300)에서 제1 고농도 용액은 유동 시, 제2 전극(102)과 제3 전극(201)의 마주보는 대향면들 측으로 제1 고농도 용액의 이온성 물질이 이동할 수 있다.In addition, when the first high concentration solution flows in the desalting unit 300, the ionic material of the first high concentration solution may move toward opposite sides of the second electrode 102 and the third electrode 201.

여기서, 상기 이온성 물질은 양이온성 물질 및 음이온성 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 양이온성 물질은 나트륨 이온(Na+)일 수 있으며, 상기 음이온성 물질은 염소 이온(Cl-) 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the ionic material may include a cationic material and an anionic material. For example, the cationic material may be sodium ion (Na +), and the anionic material may be chlorine ion (Cl −), but is not limited thereto.

이하, 본 문서에서는, 제1 전극은 제1 애노드 전극, 제2 전극은 제1 캐소드 전극, 제3 전극은 제2 애노드 전극, 제4 전극은 제2 캐소드 전극인 것을 예로 들어 설명한다.In the following description, the first electrode is a first anode electrode, the second electrode is a first cathode electrode, the third electrode is a second anode electrode, and the fourth electrode is described as an example.

먼저, 본 발명의 탈염-발전 유닛(1000)의 탈염부(300)는, 축전식탈염(CDI) 공정 또는 전기투석(ED) 공정을 이용할 수 있으므로, 각각의 일 실시예에 대해서 나누어 설명하기로 하며, 동일한 기술이 적용되는 부분의 설명은 생략하기로 한다.First, since the desalting unit 300 of the desalination-generating unit 1000 of the present invention may use a capacitive desalination (CDI) process or an electrodialysis (ED) process, each of the embodiments will be described separately. The description of the parts to which the same technology is applied will be omitted.

이하에서는 먼저, 후술할 탈염부(300)가 축전식탈염(CDI) 공정을 적용한 일 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, an embodiment in which the desalting unit 300 to be described later applies a capacitive desalting (CDI) process.

다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 역전기투석 발전부(100)는 제1 애노드 전극(101), 제1 애노드 전극(101)과 전기적으로 연결된 제1 캐소드 전극(102) 및, 제1 애노드 전극(101)과 제1 캐소드 전극(102) 사이에 배치되며, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액의 유로를 구획하기 위한 복수 개의 제1 이온교환막(110)을 포함한다Referring back to FIG. 2, the first reverse electrodialysis power generation unit 100 of the present invention includes a first anode electrode 101, a first cathode electrode 102 electrically connected to the first anode electrode 101, and It is disposed between the first anode electrode 101 and the first cathode electrode 102, and includes a plurality of first ion exchange membrane 110 for partitioning the flow path between the first high concentration solution and the first low concentration solution.

여기서, 제1 이온교환막(110)은 각각 복수 개의 양이온 교환막(111)과 음이온 교환막(112)를 포함한다.Here, the first ion exchange membrane 110 includes a plurality of cation exchange membrane 111 and anion exchange membrane 112, respectively.

보다 구체적으로, 소정 간격 이격되게 배치된 제1 애노드 전극(101)과 제1 캐소드 전극(102) 사이에 배치된 양이온 교환막(111)과 음이온 교환막(112)에 의해 제1 유로(120)와 제2 유로(130)가 구획될 수 있다.More specifically, the first flow path 120 and the first channel are formed by the cation exchange membrane 111 and the anion exchange membrane 112 disposed between the first anode electrode 101 and the first cathode electrode 102 spaced at a predetermined interval. Two flow paths 130 may be partitioned.

상기 제1 유로(120) 및 제2 유로(130)로 제1 고농도 용액 및 제1 저농도 용액이 각각 유입되어 제2 고농도 용액 및 제2 저농도 용액이 각각 배출될 수 있다.The first high concentration solution and the first low concentration solution may be respectively introduced into the first flow path 120 and the second flow path 130 to discharge the second high concentration solution and the second low concentration solution, respectively.

이에 더하여, 본 발명의 제2 역전기투석 발전부(200)는 제2 애노드 전극(201), 제2 애노드 전극(201)과 전기적으로 연결된 제2 캐소드 전극(202) 및, 제2 애노드 전극(201)과 제2 캐소드 전극(202) 사이에 배치되며, 제2 고농도 용액과 제2 저농도 용액의 유로를 구획하기 위한 복수 개의 제2 이온교환막(210)을 포함한다.In addition, the second reverse electrodialysis power generation unit 200 of the present invention may include a second anode electrode 201, a second cathode electrode 202 electrically connected to the second anode electrode 201, and a second anode electrode ( And a plurality of second ion exchange membranes 210 disposed between the second cathode electrode 202 and the second cathode electrode 202 to partition the flow path between the second high concentration solution and the second low concentration solution.

여기서, 제2 이온교환막(210)은 각각 복수 개의 양이온 교환막(211)과 음이온 교환막(212)을 포함한다.Here, the second ion exchange membrane 210 includes a plurality of cation exchange membranes 211 and anion exchange membranes 212, respectively.

보다 구체적으로, 소정 간격 이격되게 배치된 제2 애노드 전극(201)과 제2 캐소드 전극(202) 사이에 배치된 양이온 교환막(211)과 음이온 교환막(212)에 의해 제3 유로(220)와 제4 유로(230)가 구획될 수 있다.More specifically, the third flow path 220 may be formed by the cation exchange membrane 211 and the anion exchange membrane 212 disposed between the second anode electrode 201 and the second cathode electrode 202 disposed at predetermined intervals. Four flow paths 230 may be partitioned.

상기 제3 유로(220) 및 제4 유로(230)로 제1 고농도 용액 및 제1 저농도 용액이 각각 유입되어 제2 고농도 용액 및 제2 저농도 용액이 각각 배출될 수 있다.The first high concentration solution and the first low concentration solution may be introduced into the third flow path 220 and the fourth flow path 230, respectively, and the second high concentration solution and the second low concentration solution may be discharged.

여기서, 상기 제1 역전기투석 발전부(100)와 제2 역전기 투석 발전부(200)에서는, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각의 제1 및 제3 유로(120,220)와 제2 및 제4 유로(130,230)를 유동할 때, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액의 농도차에 의해 제1 고농도 용액 내에 포함된 이온성 물질이 선택적으로 각각의 제1 이온교환막(110)과 제2 이온교환막(210)을 통과하며 저농도 용액 측으로 이동함에 따라, 제1 및 제2 애노드 전극(101, 201)과 제1 및 제2 캐소드 전극(102, 202)에서 전기가 생산될 수 있다.Here, in the first reverse electrodialysis power generation unit 100 and the second reverse electrodialysis power generation unit 200, a first high concentration solution and a first low concentration solution may be formed in the first and third flow paths 120, 220 and the second, respectively. And when the fourth flow paths 130 and 230 flow, the ionic materials included in the first high concentration solution may be selectively added to each of the first ion exchange membrane 110 and the first by the concentration difference between the first high concentration solution and the first low concentration solution. As it passes through the ion exchange membrane 210 and moves toward the low concentration solution, electricity may be produced at the first and second anode electrodes 101 and 201 and the first and second cathode electrodes 102 and 202.

따라서, 상기 제1 및 제2 역전기투석 발전부(100, 200)에서 배출된 제2 고농도 용액은, 제1 고농도 용액보다 낮은 농도를 갖게 된다.Therefore, the second high concentration solution discharged from the first and second reverse electrodialysis power generation units 100 and 200 has a lower concentration than the first high concentration solution.

이와 반대로, 제2 저농도 용액은 제1 저농도 용액보다 높은 농도를 갖게 된다.In contrast, the second low concentration solution has a higher concentration than the first low concentration solution.

한편, 제1 및 제2 역전기투석 발전부(100,200)에서 전기를 생산하기 위해 공급되는 전극 용액은 전해질을 포함하며 전술한, 제1 저농도 용액 또는 제1 고농도 용액 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 후술할 탈염부(300)의 탈염 유로(310)를 형성하는 제1 캐소드 및 제2 애노드(102,201) 각각의 제2면(102b,201b) 측의 전극용액 또한, 전해질을 포함하며 담수, 순수 또는 이온 전도성이 높은 전해질 용액을 사용하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the electrode solution supplied to produce electricity from the first and second reverse electrodialysis power generation units 100 and 200 may include an electrolyte and include any one of the first low concentration solution or the first high concentration solution described above. In addition, the electrode solution on the second surface (102b, 201b) side of each of the first cathode and the second anode (102, 201) forming the desalination flow path (310) of the desalting unit (300), which will be described later, also includes an electrolyte, and includes fresh water and pure water. Or it is preferable to use the electrolyte solution with high ion conductivity.

여기서, 탈염 유로(310)를 형성하는 제1 캐소드 및 제2 애노드(102,201) 각각의 제2면(102b,201b) 측의 전극 용액은 낮은 농도를 갖는 담수, 순수를 공급할 때, 탈염부(300)에서 복수 개의 역전기 투석 발전부(100, 200) 측으로 이동하는 이온성 물질이 확산 현상에 의해 보다 용이하게 이동할 수 있게 된다.Here, the electrode solution on the side of the second surface (102b, 201b) of each of the first cathode and the second anode (102,201) forming the desalination flow path (310), when supplying fresh water, pure water having a low concentration, desalination unit 300 ), The ionic material moving toward the plurality of reverse electrodialysis generators 100 and 200 may be more easily moved by the diffusion phenomenon.

이에 더하여, 본 발명의 탈염부(300)는 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201) 사이에 위치하며, 제1 고농도 용액이 유동하기 위한 탈염 유로(310)를 포함한다.In addition, the desalination unit 300 of the present invention is positioned between the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201 and includes a desalination flow passage 310 through which the first high concentration solution flows.

특히, 상기 탈염부(300)는 제1 및 제2 역전기투석 발전부(100,200)에서 생산된 전기에 의해 탈염 공정을 수행하게 된다. In particular, the desalting unit 300 performs a desalting process by electricity produced by the first and second reverse electrodialysis generators 100 and 200.

여기서, 상기 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)은 각각 제1 면(102a,201a) 및 제2 면(102b,201b)을 포함한다.In this case, the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201 include first surfaces 102a and 201a and second surfaces 102b and 201b, respectively.

본 발명의 탈염 유로(310)는 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)의 마주보는 대향면(102a와 201a)들 사이 공간으로 정의될 수 있다.The desalination flow path 310 of the present invention may be defined as the space between the opposing surfaces 102a and 201a of the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201.

여기서, 상기 대향면은 제1 캐소드 전극의 제1면(102a)과 제2 애노드 전극의 제1면(201a)을 의미한다.Here, the opposing surface refers to the first surface 102a of the first cathode electrode and the first surface 201a of the second anode electrode.

즉, 탈염 유로(310)는 제1 캐소드 전극의 제1면(102a)과 제2 애노드 전극의 제1면(201a) 사이 공간으로 정의될 수 있다.That is, the desalination flow path 310 may be defined as a space between the first surface 102a of the first cathode electrode and the first surface 201a of the second anode electrode.

보다 구체적으로, 탈염 유로(310)는 제1 고농도 용액이 유동 시, 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)의 마주보는 대향면들(102a와 201a)에 접촉 가능하게 마련될 수 있다.More specifically, the desalination flow path 310 may be provided to be in contact with the opposing surfaces 102a and 201a of the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201 when the first high concentration solution flows. Can be.

따라서, 상기 제1 고농도 용액이 유동 시, 제1 캐소드 전극의 제1면(102a)과 제2 애노드 전극의 제1면(201a)에 접촉 가능하게 마련될 수 있다.Thus, when the first high concentration solution flows, the first high concentration solution may be provided to be in contact with the first surface 102a of the first cathode electrode and the first surface 201a of the second anode electrode.

이에 더하여, 상기 제1 고농도 용액은 유동 시, 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)의 마주보는 대향면들(102a와 201a) 측으로 제1 고농도 용액의 이온성 물질이 이동할 수 있다.In addition, when the first high concentration solution flows, the ionic material of the first high concentration solution may move toward the opposite surfaces 102a and 201a of the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201. have.

또한, 상기 양이온성 물질은 제1 캐소드 전극(102)을 투과하고, 음이온성 물질은 제2 애노드 전극(201)을 투과하여 이동할 수 있다.In addition, the cationic material may pass through the first cathode electrode 102 and the anionic material may move through the second anode electrode 201.

특히, 상기 이온성 물질은 제1 고농도 용액에 포함된, 염분을 포함한 용해물질로써, 일 예로, 상기 양이온성 물질은 나트륨 이온(Na+)일 수 있으며, 상기 음이온성 물질은 염소 이온(Cl-) 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In particular, the ionic material is a soluble material including salt contained in the first high concentration solution. For example, the cationic material may be sodium ion (Na +), and the anionic material may be chlorine ion (Cl−). It may be, but is not limited thereto.

도 3을 참조하면, 상기 탈염부(300)는 제1 캐소드 전극(102) 및 제2 애노드 전극(201) 사이에 배치된 양이온 교환막(311) 및 음이온 교환막(312)을 추가로 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the desalting unit 300 may further include a cation exchange membrane 311 and an anion exchange membrane 312 disposed between the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201. .

상기와 같이 탈염부(300)에 양이온 교환막(311)과 음이온 교환막(312)을 배치함으로써, 탈염부를 통과하며 제1 캐소드 전극(102) 및 제2 애노드 전극(201) 측으로 이동하는 제1 고농도 용액에 포함된 이온성 물질의 선택도를 높여주어 전기적인 효율과 탈염 효율을 동시에 향상시킬 수 있게 된다.By disposing the cation exchange membrane 311 and the anion exchange membrane 312 in the desalting unit 300 as described above, the first high concentration solution passing through the desalting unit and moving toward the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201. By increasing the selectivity of the ionic material contained in the it is possible to improve the electrical efficiency and desalination efficiency at the same time.

한편, 상기 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)의 마주보는 대향면(102a와 201a)은 다공성일 수 있다.Meanwhile, the opposing surfaces 102a and 201a of the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201 may be porous.

즉, 상기 제1 캐소드 전극의 제1면(102a)과 제2 애노드 전극의 제1 면(201a)는 다공성으로 형성될 수 있다.That is, the first surface 102a of the first cathode electrode and the first surface 201a of the second anode electrode may be porous.

따라서, 상기 다공성으로 형성된 각각의 제1면(102a,201a) 측으로, 제1 및 제2 역전기투석 발전부(100,200)에서 생산된 전기에 의해 탈염 유로(310)를 유동하는 제1 고농도 용액의 이온이 이동함으로써, 탈염 공정이 수행될 수 있다.Accordingly, the first high concentration solution flowing through the desalination flow path 310 by the electricity produced in the first and second reverse electrodialysis power generation units 100 and 200 toward each of the first surfaces 102a and 201a formed in the porosity. As the ions migrate, the desalting process can be performed.

여기서, 탈염 유로(310)에서 제1 고농도 용액의 탈염 공정이 수행된 후 제2 고농도 용액이 배출될 수 있다.Here, after the desalination process of the first high concentration solution is performed in the desalination flow path 310, the second high concentration solution may be discharged.

상기 제2 고농도 용액은, 제1 고농도 용액 보다 낮은 농도를 갖게 된다.The second high concentration solution has a lower concentration than the first high concentration solution.

일 예로, 제1 및 제2 역전기투석 발전부(100, 200)와 탈염부(300)로 제1 고농도 용액으로써 3.5wt%의 해수가 유입되고, 제1 저농도 용액으로써 0.05wt%의 담수가 각각 유입되면, 제1 및 제2 역전기 투석 발전부(100, 200)에서 배출된 제2 저농도 용액은 제1 저농도 용액보다 높은 농도인 1.0wt%의 기수로 배출될 수 있다.For example, 3.5 wt% of seawater is introduced as the first high concentration solution into the first and second reverse electrodialysis power generation units 100 and 200 and the desalting unit 300, and 0.05 wt% of fresh water is used as the first low concentration solution. When introduced, respectively, the second low concentration solution discharged from the first and second reverse electrolysis dialysis power generation units 100 and 200 may be discharged to 1.0 wt% of brackish water having a higher concentration than the first low concentration solution.

이 때, 제1 및 제2 역전기투석 발전부(100, 200)와 탈염부(300)에서 배출된 제2 고농도 용액은 제1 고농도 용액보다 낮은 농도인 2.0 ~2.5wt%의 희석된 해수로 배출될 수 있다. In this case, the second high concentration solution discharged from the first and second reverse electrodialysis power generation units 100 and 200 and the desalting unit 300 may be 2.0 to 2.5 wt% of diluted seawater, which is lower than the first high concentration solution. May be discharged.

또한, 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)은 발전부(100, 200) 측과 탈염부(300) 측을 향하는 양면이 서로 다른 재질로 형성될 수 있다.In addition, the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201 may be formed of different materials on both sides of the power generation parts 100 and 200 and the desalting part 300.

여기서, 제1 캐소드 전극(102)의 제1면(102a)은 탈염부(300) 측을 향하고, 제2면(102b)은 발전부 측, 즉 제1 역전기 투석 발전부(100) 측을 향한다.Here, the first surface 102a of the first cathode electrode 102 faces the desalination part 300 side, and the second surface 102b faces the power generation part side, that is, the first reverse electrodialysis power generation part 100 side. Headed.

또한, 제2 애노드 전극(201)의 제1면(201a)은 탈염부(300) 측을 향하고, 제2면(201b)은 발전부 측, 즉 제2 역전기 투석 발전부(200) 측을 향한다.In addition, the first surface 201a of the second anode electrode 201 faces the desalting part 300 side, and the second surface 201b faces the power generation part side, that is, the second reverse electrodialysis power generation part 200 side. Headed.

보다 구체적으로, 상기 제1 캐소드 전극(102)은 제1 역전기투석 발전부(100) 측을 향하는 제2면(102b)과 탈염부(300) 측을 향하는 제1면(102a)이 서로 다른 재질로 형성될 수 있다.More specifically, the first cathode electrode 102 is different from the second surface 102b facing the first reverse electrodialysis power generation unit 100 and the first surface 102a facing the desalting unit 300 side. It may be formed of a material.

또한, 상기 제2 애노드 전극(201)은 제2 역전기투석 발전부(200) 측을 향하는 제2면(201b)과 탈염부(300) 측을 향하는 제1면(201a)이 서로 다른 재질로 형성될 수 있다.In addition, the second anode electrode 201 is made of a different material from the second surface 201b facing the second reverse electrodialysis power generation unit 200 and the first surface 201a facing the desalting unit 300. Can be formed.

따라서, 상기 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201) 각각의 제1면(102a 및 201a)과 제2면(102b 및 201b)은 서로 다른 재질로 형성될 수 있다.Accordingly, the first surfaces 102a and 201a and the second surfaces 102b and 201b of each of the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201 may be formed of different materials.

또한, 본 발명의 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)은 다공성 전극을 포함할 수 있다.In addition, the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201 of the present invention may include a porous electrode.

보다 구체적으로, 상기 다공성 전극은 구조체와 집전체를 포함할 수 있다.More specifically, the porous electrode may include a structure and a current collector.

일 예로, 상기 다공성 전극의 구조체의 형상은 폼(Foam), 메쉬(Mesh), 스폰지 (sponge), 펠트(Felt), 크로스(Cloth), 다공성 하이드로젤(hudrogel), 다공성 고분자가 될 수 있으며, 재질은 활성탄, 그라핀, 탄소나노튜브, 탄소나노파이버, 탄소구와 같은 탄소체와 고분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the shape of the structure of the porous electrode may be a foam, a mesh, a sponge, a felt, a cross, a porous hydrogel, a porous polymer, The material may include one or more selected from the group consisting of carbon bodies such as activated carbon, graphene, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon spheres and polymers, and combinations thereof, but is not limited thereto.

또한, 상기 다공성 전극의 집전체의 형상은 폼(Foam), 메쉬(Mesh), 스폰지 (sponge), 펠트(Felt), 크로스(Cloth), 포일 (foil)이 될 수 있으며, 재질은 티타늄(Ti), 스테인레스 강(SUS), 백금 (Pt), 은 (Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 그라파이트 (graphite), 그라핀 (graphene) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the shape of the current collector of the porous electrode may be a foam (foam), a mesh (mesh), a sponge (sponge), felt (Felt), cloth (Cloth), foil (foil), the material is titanium (Ti) ), Stainless steel (SUS), platinum (Pt), silver (Ag), copper (Cu), nickel (Ni), graphite (graphite), graphene (graphene) and alloys thereof It may include, but is not limited thereto.

이에 더하여, 상기 다공성 전극은 구조체 및 집전체가 일체형으로 형성된 복합체로 형성될 수 있다.In addition, the porous electrode may be formed of a composite in which the structure and the current collector are integrally formed.

일 예로, 다공성 전극의 구조체로서 활성탄을 사용하고, 집전체로 티타늄을 사용할 때, 활성탄을 이용한 다공성 탄소 전극에 집전체로 분쇄된 티타늄 입자 또는 분말을 담지 하거나 이를 화학적 또는 전기화학적으로 결합하여 일체형으로 형성함으로써, 상기 다공성 전극을 복합체로 구현할 수 있다.For example, when activated carbon is used as a structure of a porous electrode, and titanium is used as a current collector, a porous carbon electrode using activated carbon may carry titanium particles or powder pulverized as a current collector, or chemically or electrochemically combine them to form an integrated body. By forming, the porous electrode can be implemented as a composite.

여기서, 일 예로써, 활성탄과 티타늄을 사용하였으나, 전술한 구조체 및 집전체 중 각각 어느 하나 이상을 이용할 수 있다.Here, as an example, although activated carbon and titanium are used, any one or more of the above-described structure and the current collector may be used.

상기 제1 캐소드 전극 및 제2 애노드 전극 각각의 제1면(102a, 201a)의 적어도 일부는 상기에서 전술한, 구조체일 수 있고, 제2면(102b, 201b)의 적어도 일부는 집전체 일 수 있다. At least a portion of the first surfaces 102a and 201a of each of the first cathode electrode and the second anode electrode may be a structure as described above, and at least a portion of the second surfaces 102b and 201b may be a current collector. have.

또한, 제1 캐소드 전극 및 제2 애노드 전극 각각의 제1면(102a, 201a)은 상기에서 전술한, 구조체일 수 있고, 제2면(102b, 201b)은 집전체 일 수 있다. In addition, the first surfaces 102a and 201a of each of the first cathode electrode and the second anode electrode may be a structure described above, and the second surfaces 102b and 201b may be current collectors.

한편, 본 발명은 제1, 제3 및 탈염 유로(120,220,310)로 제1 고농도 용액을 공급하기 위한 제1 공급부(401)를 추가로 포함할 수 있다.Meanwhile, the present invention may further include a first supply part 401 for supplying a first high concentration solution to the first, third and desalination flow paths 120, 220, and 310.

여기서, 상기 제1 고농도 용액은 염수, 해수, 기수, 비료 용액 및 이들 중 하나 이상을 포함하는 혼합 용액을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the first high concentration solution includes, but is not limited to, brine, seawater, brackish water, fertilizer solution, and a mixed solution including one or more thereof.

또한, 제2 및 제4 유로(130,230)로 제1 저농도 용액을 공급하기 위한 제2 공급부(402)를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a second supply unit 402 for supplying a first low concentration solution to the second and fourth flow paths 130 and 230.

여기서, 상기 제1 저농도 용액은 하수 방류수, 기수, 담수, 폐수 및 이들 중 하나 이상을 포함하는 혼합 용액을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the first low concentration solution includes, but is not limited to, sewage effluent, brackish water, fresh water, wastewater, and a mixed solution including one or more thereof.

여기서, 제1 고농도 용액과 제2 저농도 용액을 탈염-발전 유닛(1000)으로 공급하기 위해 마련된 제1 공급부(401)와 제2 공급부(402)는, 일 예로, 제1 역전기투석 발전부, 제2 역전기투석 발전부, 탈염부로 제1 고농도 용액과 제2 저농도 용액을 공급하기 위한 각각의 공급부로 따로 구비될 수 있다.Here, the first supply unit 401 and the second supply unit 402 provided to supply the first high concentration solution and the second low concentration solution to the desalination-generating unit 1000 may include, for example, a first reverse electrodialysis power generation unit, The second reverse electrodialysis power generation unit may be separately provided as a supply unit for supplying the first high concentration solution and the second low concentration solution to the desalting unit.

또한, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액은 펌프를 이용하여 제1 및 제2 역전기투석 발전부(100, 200)와 탈염부(300)로 공급할 수 있다.In addition, the first high concentration solution and the first low concentration solution may be supplied to the first and second reverse electrodialysis generators 100 and 200 and the desalting unit 300 by using a pump.

또한, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액 내에 포함된 부유물질 등을 처리하기 위해 전처리 장치 등을 추가로 마련하여 전처리 한 후 제1 및 제2 역전기투석 발전부(100, 200)와 탈염부(300)로 공급할 수 있다.In addition, the first and second reverse electrodialysis power generation unit (100, 200) and the desalination unit after the pre-treatment by additionally providing a pretreatment device, etc. to treat the suspended substances contained in the first high concentration solution and the first low concentration solution, etc. 300 can be supplied.

상기와 같은 구성으로 이루어진 탈염-발전 유닛(1000)은, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 각각의 캐소드 전극과 애노드 전극이 반전된 형태를 포함할 수 있으며, 이때 각각의 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 배치되는 양이온 교환막과 음이온 교환막의 배치 또한 적절하게 변경될 수 있다.As shown in FIGS. 4 and 5, the desalination-generating unit 1000 having the above configuration may include an inverted form of each of the cathode electrode and the anode electrode, wherein each cathode electrode and the anode electrode The arrangement of the cation exchange membrane and the anion exchange membrane disposed between may also be appropriately changed.

한편, 상기와 같은 구성으로 이루어진 탈염-발전 유닛(1000)을 이용하여 전기 생산과 탈염이 동시에 진행되는 공정을 설명하면 다음과 같다.On the other hand, using the desalination-generation unit 1000 having the above configuration will be described a process in which the electricity production and desalination at the same time.

먼저, 다시 도 2를 참조하면, 각각의 제1 및 제2 공급부(401,402)를 통해 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 제1 및 제2 역전기투석 발전부(100,200)로 유입되고, 제1 고농도 용액이 탈염 유로(310)로 유입되면, 제1 및 제2 역전기투석 발전부(100,200)에서 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액의 농도차에 의해 전위차가 발생하게 된다.First, referring again to FIG. 2, the first high concentration solution and the first low concentration solution are introduced into the first and second reverse electrodialysis power generation units 100 and 200 through the first and second supply units 401 and 402, respectively. When the high concentration solution flows into the desalination flow path 310, a potential difference is generated by the concentration difference between the first high concentration solution and the first low concentration solution in the first and second reverse electrodialysis generators 100 and 200.

이에 따라, 제1 및 제2 애노드 전극(101,201)과 제1 및 제2 캐소드 전극(102, 202)에서 전자의 흐름이 발생한다.Accordingly, the flow of electrons occurs in the first and second anode electrodes 101 and 201 and the first and second cathode electrodes 102 and 202.

상기와 같은 전자의 흐름은, 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)의 마주보는 대향면들 사이 공간으로 정의되는 탈염 유로(310)에 전위가 인가됨을 의미한다.The flow of electrons as described above means that a potential is applied to the desalination flow path 310 defined as a space between opposite surfaces of the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201.

따라서, 인가된 전위에 의해, 탈염 유로(310)를 유동하는 제1 고농도 용액 내 이온성 물질이 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)의 마주보는 대향면들 측으로 이동하게 된다.Accordingly, by the applied potential, the ionic material in the first high concentration solution flowing through the desalination flow path 310 is moved toward the opposite surfaces of the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201. .

이 때, 이동하는 각각의 이온성 물질은 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)을 투과하여, 역전기투석 발전부 측으로 각각 이동한다.At this time, each of the moving ionic materials passes through the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201 and moves to the reverse electrodialysis power generation unit, respectively.

여기서, 이온성 물질의 일부는 각각의 전극(102,201)을 투과할 수 있고, 나머지 일부는 전극(102,201)에 흡착될 수 있다.Here, some of the ionic material may penetrate each of the electrodes 102 and 201, and others may be adsorbed to the electrodes 102 and 201.

전술한 바와 같이, 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)은 다공성 구조의 다공성 전극을 포함하므로, 이온성 물질이 각각의 전극(102,201)에 흡착될 수 있으며, 이에 따라 탈염 공정, 즉 담수화 공정이 이루어 질 수 있다.As described above, since the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201 include a porous electrode having a porous structure, an ionic material may be adsorbed to each of the electrodes 102 and 201, and thus, a desalination process. That is, the desalination process can be performed.

상기와 같이 구성된 탈염-발전 유닛(1000)의 탈염부(300)는 탈염을 위한 추가적인 전극이 필요하지 않으므로, 보다 컴팩트한 장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.Since the desalination unit 300 of the desalination-generation unit 1000 configured as described above does not need an additional electrode for desalination, there is an effect that a more compact device can be realized.

또한, 탈염부(300)에 인가되는 전위는 제1 및 제2 역전기 투석 발전부(100,200)에서 생산된 전기이므로, 추가적인 에너지를 사용하지 않고 담수를 생산할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the potential applied to the desalination unit 300 is electricity produced by the first and second reverse electric dialysis generators 100 and 200, there is an effect of producing fresh water without using additional energy.

다음으로, 탈염부(300)가 전기투석(ED) 공정을 적용한 일 실시예에 대하여 설명한다.Next, an embodiment in which the desalination unit 300 applies an electrodialysis (ED) process will be described.

특히, 앞서 전술한 탈염-발전 유닛(1000)의 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.In particular, the same components of the desalination-generation unit 1000 described above will be omitted.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 탈염부(300')는 제1 고농도 용액이 유동하기 위한 적어도 하나 이상의 탈염 유로(330) 및 농축 유로(340)를 구획하기 위한 복수 개의 제3 이온교환막(320)을 추가로 포함한다.Referring to FIG. 6, according to another embodiment of the present invention, the desalting unit 300 ′ may include a plurality of demineralizing passages 330 and a plurality of concentration passages 340 for flowing the first high concentration solution. Three third ion exchange membrane (320) further.

보다 구체적으로, 본 발명의 탈염부(300)는 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)의 마주보는 대향면들 사이 공간으로 정의되며, 제1 고농도 용액이 유동하기 위한 적어도 하나 이상의 탈염 유로(330) 및 농축 유로(340)를 포함한다.More specifically, the desalting part 300 of the present invention is defined as a space between opposing surfaces of the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201, and at least one for flowing the first high concentration solution. The above desalination passage 330 and the concentrated passage 340 are included.

본 발명의 탈염부(300')는, 탈염 유로(330) 및 농축 유로(340)를 구획하기 위한 복수 개의 제3 이온교환막(320)을 포함한다.The desalting unit 300 ′ of the present invention includes a plurality of third ion exchange membranes 320 for dividing the desalting passage 330 and the concentrated passage 340.

여기서, 상기 제3 이온교환막(320)은 복수 개의 양이온 교환막(321)과 음이온 교환막(322)을 포함한다.Here, the third ion exchange membrane 320 includes a plurality of cation exchange membrane 321 and an anion exchange membrane 322.

특히, 상기 탈염부(300')의 탈염 유로(330)에서는 제1 및 제2 역전기투석 발전부(100,200)에서 생산된 전기에 의해 탈염 공정을 수행하게 된다. In particular, in the desalting flow path 330 of the desalting part 300 ′, a desalting process is performed by electricity produced by the first and second reverse electrodialysis power generation parts 100 and 200.

보다 구체적으로, 제1 역전기투석 발전부(100) 및 제2 역전기투석 발전부(200)의 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201)에 생산된 전기에 의해, 제1 고농도 용액의 이온성 물질이 각각 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201) 측으로 이동하며 탈염 유로(330) 및 농축 유로(340)에서 탈염 및 농축이 이루어질 수 있다.More specifically, by the electricity produced in the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201 of the first reverse electrodialysis power generation unit 100 and the second reverse electrodialysis power generation unit 200, An ionic material of a high concentration solution moves to the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201, respectively, and desalination and concentration may be performed in the desalination passage 330 and the concentration passage 340.

즉, 이온성 물질은 선택적으로, 양이온 교환막(321)과 음이온 교환막(322)을 통과하여 제1 캐소드 전극(102)과 제2 애노드 전극(201) 측으로 이동하며 탈염 또는 농축 될 수 있다.That is, the ionic material may selectively move through the cation exchange membrane 321 and the anion exchange membrane 322 to the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201, and may be desalted or concentrated.

상기 이온성 물질 중, 양이온성 물질은 제1 캐소드 전극(102) 측으로, 음이온성 물질은 제2 애노드 전극(201) 측으로 이동함에 따라 제1 고농도 용액이 유동하는 탈염부(300')는 복수 개의 제3 이온교환막(320)에 의해 탈염 유로(330)와 농축 유로(340)로 나뉘어 질 수 있다.Among the ionic materials, as the cationic material moves toward the first cathode electrode 102 and the anionic material moves toward the second anode electrode 201, the desalting part 300 ′ in which the first high concentration solution flows is formed in plural. The deionization passage 330 and the concentrated passage 340 may be divided by the third ion exchange membrane 320.

보다 구체적으로, 탈염부(300')로 유입된 제1 고농도 용액의 이온성 물질은, 제1 캐소드 전극(102) 및 제2 애노드 전극(201)에 생산된 전기에 의해 양이온성 물질이 제1 캐소드 전극(102) 측으로 이동하며 양이온 교환막(321)을 통과한다.More specifically, the ionic material of the first high concentration solution introduced into the desalting unit 300 ′ may be formed of the first cationic material by the electricity produced at the first cathode electrode 102 and the second anode electrode 201. It moves toward the cathode electrode 102 and passes through the cation exchange membrane 321.

이와 동시에, 음이온성 물질이 제2 애노드 전극(201) 측으로 이동하며, 음이온 교환막(322)을 통과하게 된다.At the same time, the anionic material moves toward the second anode electrode 201 and passes through the anion exchange membrane 322.

이 때, 양이온성 물질은 음이온 교환막(322)을 통과하지 못하고, 음이온성 물질은 양이온 교환막(321)을 통과하지 못하므로, 제3 이온교환막에 의해 구획되는 탈염부(300')의 유로는, 탈염 유로(330)와 농축 유로(340)를 형성하여 탈염 유로(330)에서는 탈염 즉, 담수화가 이루어져 기수 또는 담수가 배출되고, 농축 유로(340)에서는 농축된 농축수가 배출된다. At this time, since the cationic material does not pass through the anion exchange membrane 322, and the anionic material does not pass through the cation exchange membrane 321, the flow path of the desalination part 300 'partitioned by the third ion exchange membrane, The desalting passage 330 and the concentrated passage 340 are formed to desalting, that is, desalination in the desalting passage 330 to discharge the brackish water or fresh water, and the concentrated concentrated water is discharged in the concentrated passage 340.

여기서, 상기와 같이 탈염부(300')가 전기투석(ED) 공정인 경우, 앞서 전술한 다공성 전극을 이용하지 않고, 일반적으로 역전기 투석 장치에 사용되는 전극을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Here, when the desalination unit 300 ′ is an electrodialysis (ED) process as described above, an electrode generally used in a reverse electrodialysis apparatus may be used without using the above-described porous electrode, but is not limited thereto. no.

한편, 본 발명의 탈염발전 장치(10)는, 탈염-발전 유닛(1000) 후단에 배치된 역삼투 모듈(2000)을 포함한다.Meanwhile, the desalination power generation device 10 of the present invention includes a reverse osmosis module 2000 disposed at the rear end of the desalination power generation unit 1000.

보다 구체적으로, 역삼투 모듈(2000)은, 탈염-발전 유닛(1000)에서 배출된 제2 고농도 용액이 유입되어 제3 고농도 용액 및 담수를 각각 배출할 수 있다.More specifically, the reverse osmosis module 2000, the second high concentration solution discharged from the desalination-generation unit 1000 may be introduced to discharge the third high concentration solution and fresh water, respectively.

상기 역삼투 모듈(2000)은, 탈염-발전 유닛(1000)에서 배출된 제2 고농도 용액이 유입되는 제2 고농도 용액 유입부(미도시)와 제3 고농도 용액 및 담수가 각각 배출되는 제3 고농도 용액 배출부(미도시) 및 담수배출부(미도시)를 포함할 수 있다.The reverse osmosis module 2000 may include a second high concentration solution inlet (not shown) into which the second high concentration solution discharged from the desalination-generating unit 1000 is introduced, a third high concentration solution, and a third high concentration of fresh water. It may include a solution discharge (not shown) and fresh water discharge (not shown).

상기 역삼투 모듈(2000)은, 탈염-발전 유닛(1000)에서 배출된 제2 고농도 용액을 고압으로 유입시키기 위한 고압펌프(403)를 추가로 포함할 수 있다.The reverse osmosis module 2000 may further include a high pressure pump 403 for introducing the second high concentration solution discharged from the desalination-generation unit 1000 at a high pressure.

특히, 상기 고압펌프(403)는 전단의 탈염-발전 유닛(1000)에서 생산된 전기를 이용하여 구동시킬 수도 있다.In particular, the high-pressure pump 403 may be driven using electricity produced in the desalination-generation unit 1000 of the front end.

또한, 상기 탈염-발전 유닛(1000)에서 생산된 전기는, 고압펌프(403) 외에도 에너지가 필요한 공정에 사용될 수 있다.In addition, the electricity produced in the desalination-generating unit 1000 may be used in a process requiring energy in addition to the high pressure pump 403.

여기서, 탈염-발전 유닛(1000)은, 탈염-발전 유닛(1000)에서 생산된 전기를 후단의 역삼투 모듈(2000)로 공급하기 위한 제1 전기 공급부(1)를 포함한다.Here, the desalination-generation unit 1000 includes a first electricity supply unit 1 for supplying electricity generated in the desalination-generation unit 1000 to the reverse osmosis module 2000 of the rear stage.

상기와 같이 역삼투 모듈(2000)의 제2 고농도 용액 유입부로 공급된 제2 고농도 용액은, 역삼투 모듈(2000) 내부에 마련된 역삼투막에 의해 제2 고농도 용액 내에 포함된 물만 역삼투막을 통과하게 되어 담수가 담수배출부로 배출될 수 있다. As described above, the second high concentration solution supplied to the second high concentration solution inlet of the reverse osmosis module 2000 passes only the water contained in the second high concentration solution by the reverse osmosis membrane provided in the reverse osmosis module 2000, thereby desalting fresh water. May be discharged to the freshwater discharge.

이 때, 제2 고농도 용액 내에 포함된 물이 제거된 제3 고농도 용액이 제3 고농도 용액 배출부를 통해 역삼투 모듈(2000)에서 배출될 수 있다.At this time, the third high concentration solution from which the water contained in the second high concentration solution is removed may be discharged from the reverse osmosis module 2000 through the third high concentration solution outlet.

즉, 상기 제3 고농도 용액은 제2 고농도 용액 보다 높은 농도를 갖을 수 있다. 일 예로, 제2 고농도 용액이 2.0~2.5wt%의 농도를 갖는 희석된 해수라고 한다면, 역삼투 모듈(2000)에서 배출된 제3 고농도 용액은 4.0~5.0wt%의 농도를 갖는 농축수 일 수 있다.That is, the third high concentration solution may have a higher concentration than the second high concentration solution. For example, if the second high concentration solution is diluted seawater having a concentration of 2.0 to 2.5 wt%, the third high concentration solution discharged from the reverse osmosis module 2000 may be concentrated water having a concentration of 4.0 to 5.0 wt%. have.

여기서, 역삼투 막은, 용액 내에 포함된 이온성물질은 통과시키지 않고 물만 통과시키는 반투막으로써, 종래에 3.0~3.5wt% 해수 조건에서 사용되어 오는 막도 사용할 수 있지만, 전단의 탈염발전 하이브리드 유닛으로부터 공급되는 희석된 해수 농도, 즉 2.0~2.5wt%에 적합한 용도로 제작된 막을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.Here, the reverse osmosis membrane is a semi-permeable membrane that allows only water to pass through without passing ionic substances contained in the solution. A membrane that has conventionally been used under 3.0 to 3.5 wt% seawater conditions can be used, but is supplied from a desalination hybrid unit of shear. It is more preferable to use a membrane made for a suitable use at a diluted seawater concentration, that is, 2.0 to 2.5 wt%.

이에 더하여, 상기 역삼투 모듈(2000)은, 에너지 회수 장치(ERD, Energy Recovery Device)를 추가로 포함함으로써, 역삼투 모듈(2000)에서 배출된 제3 고농도 용액의 일부 에너지를 회수하여 역삼투 모듈(2000)에 필요한 전력 소비량을 절감할 수 있다.In addition, the reverse osmosis module 2000 further includes an energy recovery device (ERD), thereby recovering some energy of the third high concentration solution discharged from the reverse osmosis module 2000 to recover the reverse osmosis module. It is possible to reduce the power consumption required for (2000).

한편, 본 발명의 탈염발전 하이브리드 장치(10)는, 역삼투 모듈(2000) 후단에 제3 역전기투석 발전부(3000)를 추가로 포함할 수 있다.Meanwhile, the desalination power generation hybrid device 10 of the present invention may further include a third reverse electrodialysis power generation unit 3000 at the rear end of the reverse osmosis module 2000.

보다 구체적으로, 제3 역전기투석 발전부(3000)는, 역삼투 모듈(2000)에서 토출된 제3 고농도 용액과 탈염-발전 유닛(1000)에서 배출된 제2 저농도 용액이 각각 유입될 수 있다.More specifically, the third reverse electrodialysis power generation unit 3000 may include a third high concentration solution discharged from the reverse osmosis module 2000 and a second low concentration solution discharged from the desalination-generation unit 1000. .

여기서, 제3 역전기투석 발전부(3000)는, 앞서 전술한 제1 역전기투석 발전부 또는 제2 역전기투석 발전부와 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.Here, the third reverse electrodialysis generator 3000 will be omitted for the same components as the above-described first reverse electrodialysis generator or second reverse electrodialysis generator.

상기 제3 역전기투석 발전부(3000)는, 소정 간격 이격되게 배치되며, 전기적으로 연결된 산화전극 및 환원전극, 산화전극 및 환원전극 사이에 배치되어 제3 고농도 용액이 유동하는 고농도 유로 및 제2 저농도 용액이 유동하는 저농도 유로를 구획하기 위한 복수 개의 이온교환막을 포함하고, 고농도 유로를 유동하는 제3 고농도 용액의 이온성물질이 복수 개의 이온교환막을 선택적으로 이동함으로써 전기를 생산할 수 있다.The third reverse electrodialysis generator 3000 is spaced apart from each other by a predetermined interval, and is disposed between the electrically connected anode and cathode, the anode and the cathode, and the high concentration flow path through which the third high concentration solution flows and the second electrode. It includes a plurality of ion exchange membrane for partitioning the low concentration flow path in which the low concentration solution flows, the ionic material of the third high concentration solution flowing in the high concentration flow path can selectively produce electricity by moving the plurality of ion exchange membrane.

여기서, 산화전극 및 환원전극은 일 예로, 앞서 전술한 제1 역전기투석 발전부의 제1 전극 및 제2 전극을 의미할 수 있다.Here, the anode and the cathode may be, for example, the first electrode and the second electrode of the first reverse electrodialysis power generation unit.

이에 더하여, 산화전극 및 환원전극으로 전해질이 공급되어 산화전극 및 환원전극에서 각각 산화반응 및 환원반응에 의해 기체상 산소와 기체상 수소를 생산하며, 생산된 산소와 수소가 각각 배출되는 산소 배출부(3001) 및 수소 배출부(3002)를 포함할 수 있다.In addition, the electrolyte is supplied to the anode and the cathode to produce gaseous oxygen and gaseous hydrogen by oxidation and reduction reactions at the anode and the cathode, respectively, and an oxygen outlet for discharging the produced oxygen and hydrogen, respectively. 3001 and a hydrogen discharge unit 3002.

보다 구체적으로, 유입된 제3 고농도 용액 및 제2 저농도 용액에 의해 상기와 같이 생산된 전기에 의해, 제3 역전기투석 발전부(3000)의 산화전극 및 환원전극 부분에서는, 공급된 전극용액, 즉 전해질 용액이 산화전극에서 산화반응 과정 중에 기체상 산소를, 환원전극에서 환원반응에 의해 기체상 수소를 생산할 수 있다.More specifically, by the electricity produced as described above by the introduced third high concentration solution and the second low concentration solution, the electrode solution supplied from the anode and the cathode of the third reverse electrodialysis power generation unit 3000, That is, the electrolyte solution may produce gaseous oxygen during the oxidation reaction at the anode and gaseous hydrogen by the reduction reaction at the cathode.

즉, 생산된 산소와 수소는 산소 배출부(3001) 및 수소 배출부(3002)에서 배출될 수 있다.That is, the produced oxygen and hydrogen can be discharged from the oxygen discharge portion 3001 and the hydrogen discharge portion 3002.

여기서, 상기 산화전극 및 환원전극은 각각의 전극으로 상기 전극 용액 즉, 전해질 용액을 각각 공급하기 위한 전극용액 공급부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. Here, the anode and the cathode may further include an electrode solution supply unit (not shown) for supplying the electrode solution, that is, the electrolyte solution, to each electrode.

또한, 제3 역전기투석 발전부(3000)는, 유입된 제3 고농도 용액과 제2 저농도 용액의 농도차에 의해 제3 고농도 용액 내 포함된 양이온과 음이온이 선택적으로 이온교환막을 통과함에 따라 전극에서 전기가 생산된 후, 제4 고농도 용액과 제3 저농도 용액이 각각 배출될 수 있다.In addition, the third reverse electrodialysis power generation unit 3000 includes an electrode as the cation and anion contained in the third high concentration solution selectively pass through the ion exchange membrane due to the concentration difference between the third high concentration solution and the second low concentration solution introduced. After the electricity is produced in the fourth high concentration solution and the third low concentration solution may be discharged respectively.

여기서, 제4 고농도 용액은 제3 고농도 용액 보다 낮은 농도를 갖을 수 있고, 제3 저농도 용액은 제2 저농도 용액보다 높은 농도를 갖을 수 있다.Here, the fourth high concentration solution may have a lower concentration than the third high concentration solution, and the third low concentration solution may have a higher concentration than the second low concentration solution.

일 예로, 제3 고농도 용액이 4.0~5.0wt%의 농도를 갖는 농축수이고, 제2 저농도 용액이 1.0wt%의 농도를 갖는 기수라면, 제3 역전기투석 발전부(3000)에서 배출된 제4 고농도 용액은 2.5~3.5wt%의 농도를 갖는 희석수일 수 있고, 제3 저농도 용액은 2.0~2.5wt%의 농도를 갖는 기수일 수 있다.For example, when the third high concentration solution is concentrated water having a concentration of 4.0 to 5.0 wt%, and the second low concentration solution is a radix having a concentration of 1.0 wt%, the third discharged from the third reverse electrodialysis generator 3000 The high concentration solution may be dilution water having a concentration of 2.5 to 3.5 wt%, and the third low concentration solution may be a radix having a concentration of 2.0 to 2.5 wt%.

상기와 같이, 제3 역전기투석 발전부(3000)에서 생산된 전기는 역삼투 모듈(2000)로 공급될 수 있다.As described above, the electricity produced by the third reverse electrodialysis generator 3000 may be supplied to the reverse osmosis module 2000.

이에 더하여, 제3 역전기투석 발전부(3000)는 후단에 전기충전기(3300)를 마련하여 생산된 전기를 전기충전기(3300)로 공급할 수도 있고, 생산된 전기를 전기자동차(3400)에 공급할 수도 있다.In addition, the third reverse electrodialysis generator 3000 may provide an electric charger 3300 at a rear end thereof to supply the produced electricity to the electric charger 3300, or supply the produced electricity to the electric vehicle 3400. have.

따라서, 상기 제3 역전기 투석 발전부(3000)는 역삼투 모듈(2000), 전기충전기(3300) 및 전기자동차(3400) 중 선택되는 적어도 하나로 전기를 공급하기 위한 제2 전기 공급부(2)를 추가로 포함할 수 있다.Accordingly, the third reverse electric dialysis generator 3000 may supply a second electric supply unit 2 for supplying electricity to at least one selected from the reverse osmosis module 2000, the electric charger 3300, and the electric vehicle 3400. It may further comprise.

이에 더하여, 제3 역전기투석 발전부(3000)는, 산소 배출부(3001) 및 수소 배출부(3002)에서 각각 배출된 산소 및 수소를 저장하는 산소 저장장치(3100) 및 수소 저장장치(3200)가 각각 추가로 마련될 수 있다.In addition, the third reverse electrodialysis power generation unit 3000 may include an oxygen storage device 3100 and a hydrogen storage device 3200 that store oxygen and hydrogen discharged from the oxygen discharge unit 3001 and the hydrogen discharge unit 3002, respectively. ) May be further provided.

또한, 제3 역전기투석 발전부(3000)는, 산소 저장장치(3100) 및 수소 저장장치(3200)와 각각 유체 이동 가능하게 연결되어 상기 산소 및 수소가 산소 저장장치(3100) 및 수소 저장장치(3200)로 각각 공급되도록 마련된 산소 공급유로 및 수소 공급유로를 추가로 포함할 수 있다. In addition, the third reverse electrodialysis generator 3000 is fluidly connected to the oxygen storage device 3100 and the hydrogen storage device 3200, respectively, so that the oxygen and hydrogen are stored in the oxygen storage device 3100 and the hydrogen storage device. It may further include an oxygen supply passage and a hydrogen supply passage provided to be supplied to each (3200).

따라서, 산소저장장치(3100)에 저장한 산소는 예를 들어, 순산소연소 등에 사용함으로써, 전기를 생산할 수 있게 되고, 이 때 생산된 전기는 전기를 공급하도록 마련된 제4 전기 공급부(4)에 의해 다시 역삼투 모듈(2000)로 공급할 수 있다.Accordingly, the oxygen stored in the oxygen storage device 3100 may be used to produce electricity by using, for example, oxy-fuel combustion, and the generated electricity may be supplied to the fourth electricity supply unit 4 provided to supply electricity. It can be supplied back to the reverse osmosis module (2000).

또한, 산소저장장치(3100)에 저장한 산소와 수소저장장치(3200)에 저장한 수소는 연료전지자동차에 공급하여 이용할 수 있다.In addition, oxygen stored in the oxygen storage device 3100 and hydrogen stored in the hydrogen storage device 3200 may be supplied to and used by a fuel cell vehicle.

한편, 본 발명의 탈염발전 장치 하이브리드 (10)는, 상기 역삼투 모듈(2000)에서 토출된 제3 고농도 용액 및 탈염-발전 유닛(1000)에서 배출된 제2 저농도 용액이 유입되어 전기를 생산하도록 마련된 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)을 추가로 포함할 수 있다.On the other hand, the desalination generator hybrid 10 of the present invention, the third high concentration solution discharged from the reverse osmosis module 2000 and the second low concentration solution discharged from the desalination-generation unit 1000 is introduced to produce electricity. It may further include a provided hydrophobic or tidal power generation unit 4000.

보다 구체적으로, 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)은 역삼투 모듈(2000) 후단에 추가로 배치되어 전기를 생산할 수 있다. More specifically, the hydrophobic or tidal power generation unit 4000 may be further disposed after the reverse osmosis module 2000 to produce electricity.

상기 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)은, 역삼투 모듈(2000)에서 배출된 제3 고농도 용액과 탈염-발전 유닛(1000)에서 배출된 제2 저농도 용액의 유속과 유량을 이용하여 상기 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)으로 유입시켜 전기를 생산할 수 있다.The hydrophobic or algae power generation unit 4000 uses the flow rate and flow rate of the third high concentration solution discharged from the reverse osmosis module 2000 and the second low concentration solution discharged from the desalination-generation unit 1000. The electricity may be generated by flowing into the power generation unit 4000.

여기서, 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)은, 혼합기(Mixer,4100)를 추가적으로 구비함으로써, 역삼투 모듈(2000) 및 탈염-발전 유닛(1000)에서 배출된 제3 고농도 용액과 제2 저농도 용액을 상기 혼합기(4100)에서 혼합하여 배출된 용액을 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)으로 유입시킴으로써, 전력 생산량을 높일 수 있다.Here, the hydrophobic or algae power generation unit 4000 is further provided with a mixer (Mixer, 4100), so that the third high concentration solution and the second low concentration solution discharged from the reverse osmosis module 2000 and the desalination-generation unit (1000). By flowing the solution discharged by mixing in the mixer 4100 into the hydrophobic or algae power generation unit 4000, it is possible to increase the power production.

즉, 역삼투 모듈(2000) 및 탈염-발전 유닛(1000)에서 배출되는 제3 고농도 용액과 제2 저농도 용액은 고농축 용액이므로, 따로 배출하게 되면 환경문제가 발생할 수 있으나, 상기와 같이 소수력 또는 조류 발전 유닛(4000)으로 이를 유입시켜 활용함으로써, 발전량을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.That is, since the third high concentration solution and the second low concentration solution discharged from the reverse osmosis module 2000 and the desalination-power generation unit 1000 are high concentration solutions, environmental problems may occur when discharged separately, but as described above, By introducing it into the power generation unit 4000, it is effective to improve the amount of power generation.

상기와 같이, 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)은, 생산된 전기를 전단의 역삼투 모듈(2000)로 공급하기 위한 제3 전기 공급부(3)를 추가로 포함한다.As described above, the hydrophobic or tidal current generation unit 4000 further includes a third electricity supply unit 3 for supplying the produced electricity to the reverse osmosis module 2000 at the front end.

따라서, 생산된 전기는 역삼투 모듈(2000)로 공급하여 줌으로써, 역삼투 모듈(2000)에서 사용되는 전기를 내부적 시스템으로 해결함으로써, 외부에서 공급되는 전기를 최소화 할 수 있게 된다.Therefore, the produced electricity is supplied to the reverse osmosis module 2000, thereby solving the electricity used in the reverse osmosis module 2000 by the internal system, it is possible to minimize the electricity supplied from the outside.

한편, 본 발명의 탈염발전 하이브리드 장치(10)는, 역삼투 모듈(2000) 후단에 압력지연삼투 모듈(5000)을 추가로 포함할 수 있다.Meanwhile, the desalination power generation hybrid device 10 of the present invention may further include a pressure delay osmosis module 5000 at the rear end of the reverse osmosis module 2000.

보다 구체적으로, 역삼투 모듈(2000)에서 토출된 제3 고농도 용액 및 탈염-발전 유닛(1000)에서 배출된 제2 저농도 용액이 각각 유입되어, 제3 고농도 용액과 제2 저농도 용액의 삼투압 차에 의해 전기를 생산할 수 있다.More specifically, the third high concentration solution discharged from the reverse osmosis module 2000 and the second low concentration solution discharged from the desalination-generating unit 1000 are respectively introduced, so that the osmotic pressure difference between the third high concentration solution and the second low concentration solution is introduced. Can produce electricity.

여기서, 압력지연삼투 모듈(5000)로 유입되는 제2 저농도 용액은, 압력지연삼투 모듈(5000) 전단에 마련된 전처리 장치를 통과하여 전처리 후 압력지연삼투 모듈(5000)로 유입될 수 있다.Here, the second low concentration solution introduced into the pressure delay osmosis module 5000 may be introduced into the pressure delay osmosis module 5000 after pretreatment through a pretreatment device provided in front of the pressure delay osmosis module 5000.

즉, 압력지연삼투 모듈(5000) 내에 배치된 반투과성 막을 사이에 두고 제3 고농도 용액과 제2 저농도 용액이 각각 유입되면, 제2 저농도 용액에 포함된 물이 제3 고농도 용액 측으로 이동하게 되고, 이동된 물에 의해 제3 고농도 용액 측의 유량이 증가함에 따라, 증가된 유량 및 위치에너지를 이용하여 전기 에너지로 생산할 수 있게 된다.That is, when the third high concentration solution and the second low concentration solution are respectively introduced with the semipermeable membrane disposed in the pressure delay osmosis module 5000, the water contained in the second low concentration solution moves to the third high concentration solution side, and moves. As the flow rate on the third high concentration solution side is increased by the prepared water, it is possible to produce electric energy using the increased flow rate and potential energy.

따라서, 압력지연삼투 모듈(5000)에서 생산된 전기를, 앞서 전술한 전기충전기(3300) 및 전기자동차(3400)로 공급할 수 있다.Therefore, the electricity produced by the pressure delay osmosis module 5000 may be supplied to the above-described electric charger 3300 and the electric vehicle 3400.

여기서, 생산된 전기는 압력지연삼투 모듈(5000)에 연결 구비된 저5 전기 공급부(5)에 의해 생산된 전기를 전기충전기(3300) 및 전기자동차(3400)로 공급할 수 있다.Here, the produced electricity may be supplied to the electric charger 3300 and the electric vehicle 3400 the electricity produced by the low five electricity supply unit 5 is connected to the pressure delay osmosis module 5000.

한편, 앞서 전술한 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)은 상기 제3 역전기 투석 발전부(3000)에서 토출된 용액이 유입되도록 마련되어, 전력을 생산할 수 있다.On the other hand, the above-described hydrophobic or algae power generation unit 4000 is provided so that the solution discharged from the third reverse electric dialysis power generation unit 3000, it can be produced power.

보다 구체적으로, 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)은 상기 제3 역전기 투석 발전부(3000)의 후단에 연결 구비되어, 제3 역전기 투석 발전부에서 배출된 제3 저농도 용액이 유입되어 전기를 생산할 수 있다.More specifically, the hydrophobic or algae power generation unit 4000 is connected to the rear end of the third reverse electric dialysis power generation unit 3000, and the third low concentration solution discharged from the third reverse electric dialysis power generation unit flows in to generate electricity. Can produce.

따라서, 제3 전기공급부(3)에 의해 상기 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)에서 생산된 전기를 역삼투 모듈(2000)로 공급할 수 있게 된다.Therefore, it is possible to supply electricity generated by the hydrophobic force or tidal current generation unit 4000 to the reverse osmosis module 2000 by the third electricity supply unit 3.

이에 더하여, 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)은 압력지연삼투 모듈(5000)에서 토출된 용액이 유입되어 전기를 생산할 수 있다.In addition, the hydrophobic or algae power generation unit 4000 may generate electricity by introducing a solution discharged from the pressure delay osmosis module 5000.

보다 구체적으로, 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)은 상기 압력지연삼투 모듈(5000)의 후단에 연결 구비되어, 압력지연삼투 모듈에서 배출되는 제4 저농도 용액과 제5 고농도 용액이 각각 유입되어 전기를 생산할 수 있다.More specifically, the hydrophobic or algae power generation unit 4000 is connected to the rear end of the pressure delay osmosis module 5000, the fourth low concentration solution and the fifth high concentration solution discharged from the pressure delay osmosis module is introduced into each of the electricity Can produce.

따라서, 제3 전기공급부(3)에 의해 상기 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)에서 생산된 전기를 역삼투 모듈(2000)로 공급할 수 있게 된다.Therefore, it is possible to supply electricity generated by the hydrophobic force or tidal current generation unit 4000 to the reverse osmosis module 2000 by the third electricity supply unit 3.

여기서, 상기 압력지연삼투 모듈(5000)은 압력교환기(PX, Pressure Exchanger,5100)를 추가로 포함함으로써, 상기 압력지연삼투 모듈(5000)에서 배출된 제5 고농도 용액이 압력교환기(5100)를 통과하여 소수력 또는 조류발전 유닛(4000)으로 공급될 수 있다.Here, the pressure delay osmosis module 5000 further includes a pressure exchanger (PX, Pressure Exchanger, 5100), so that the fifth high concentration solution discharged from the pressure delay osmosis module (5000) passes through the pressure exchanger (5100). It can be supplied to the hydrophobic or tidal power generation unit (4000).

특히, 상기 압력교환기(5100)는, 제1 공급부(401)에서 제1 고농도 용액을 공급하여 이를 역삼투 모듈(2000)로 공급함으로써, 역삼투 모듈(2000)에서 손실된 압력을 일부 보상할 수 있게 된다.In particular, the pressure exchanger 5100 may partially compensate for the pressure lost in the reverse osmosis module 2000 by supplying the first high concentration solution from the first supply unit 401 to the reverse osmosis module 2000. Will be.

상기와 같이 역삼투 모듈(2000)로 제1 고농도 용액을 공급할 때, 부스터 등의 장치를 이용하여 공급할 수 있다. When the first high concentration solution is supplied to the reverse osmosis module 2000 as described above, it may be supplied using a device such as a booster.

상기와 같이 구성된 본 발명의 탈염발전 하이브리드 장치(10)는 전기를 생산함과 동시에 탈염이 지속적으로 가능할 수 있으며, 외부의 전기를 사용하지 않고 내부적 시스템 만을 이용하여 담수를 생산할 수 있는 효과가 있다.The desalination power generation hybrid device 10 of the present invention configured as described above may continuously produce desalination while producing electricity, and may produce fresh water using only an internal system without using external electricity.

본 발명은 또한, 탈염발전 하이브리드 방법을 제공한다.The present invention also provides a dehydrogenation hybrid method.

예를 들어, 상기 탈염발전 하이브리드 방법은, 전술한 탈염발전 하이브리드 장치(10)를 통한 발전 방법에 관한 것이다.For example, the desalination hybrid method relates to a power generation method through the desalination hybrid device 10 described above.

따라서, 후술하는 탈염발전 하이브리드 장치에 대한 구체적인 사항은 앞서 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.Therefore, the above-mentioned details may be equally applied to the desalination hybrid device described below.

본 발명의 탈염발전 하이브리드 방법은, 탈염발전 하이브리드 장치의 탈염-발전 유닛으로 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유입되고, 제2 고농도 용액 및 제2 저농도 용액이 각각 배출되는 단계를 포함한다.The desalination hybrid hybrid method of the present invention includes a step of introducing the first high concentration solution and the first low concentration solution into the desalination-generation unit of the desalination power generation hybrid device, respectively, and discharging the second high concentration solution and the second low concentration solution, respectively. .

또한, 탈염-발전 유닛으로부터 배출된 제2 고농도 용액이 유입되고, 탈염-발전 유닛에서 생산된 전기가 역삼투 모듈로 공급되는 단계를 포함한다.In addition, the second high concentration solution discharged from the desalination-generation unit is introduced, and the electricity produced in the desalination-generation unit is supplied to the reverse osmosis module.

위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art having various ordinary knowledge of the present invention may make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. And additions should be considered to be within the scope of the following claims.

10: 탈염발전 하이브리드 장치
1000: 탈염-발전 유닛
100: 제1 역전기 투석 발전부
200: 제2 역전기 투석 발전부
300: 탈염부
2000: 역삼투 모듈
3000: 제3 역전기 투석 발전부
4000: 소수력 또는 조류발전 유닛
5000: 압력지연삼투 모듈
10: desalination hybrid device
1000: desalination-generation unit
100: first reverse electric dialysis power generation unit
200: second reverse electric dialysis generator
300: desalted part
2000: reverse osmosis module
3000: third reverse electric dialysis power generation unit
4000: Small hydro or tidal power unit
5000: pressure delay osmosis module

Claims (16)

인접하는 2개의 역전기 투석 발전부가 서로 다른 극성의 전극이 소정 간격으로 떨어져 마주하도록 마련된 복수 개의 역전기 투석 발전부 및 인접하는 2개의 역전기 투석 발전부의 마주하는 한 쌍의 전극 사이 공간을 갖고, 상기 공간으로 제1 고농도 용액이 유입되도록 마련된 탈염부를 포함하고, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유입되고, 제2 고농도 용액 및 제2 저농도 용액이 각각 배출되는 탈염-발전 유닛; 및
탈염-발전 유닛으로부터 배출된 제2 고농도 용액이 유입되고, 탈염-발전 유닛에서 생산된 전기가 공급되는 역삼투 모듈; 을 포함하고,
역전기투석 발전부는,
제1 전극, 제1 전극과 전기적으로 연결된 제2 전극 및, 제1 및 제2 전극 사이에 배치되며, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유동하는 복수 개의 유로를 구획하기 위한 복수 개의 제1 이온교환막을 포함하는 제1 역전기 투석 발전부; 및
제2 전극과 소정 간격 떨어져 위치한 제3 전극 및 제3 전극과 전기적으로 연결된 제4 전극, 제3 및 제4 전극 사이에 배치되며, 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유동하는 복수 개의 유로를 구획하기 위한 복수 개의 제2 이온교환막을 포함하는 제2 역전기투석 발전부를 포함하며,
탈염부는, 제2 전극과 제3 전극의 마주보는 대향면들 사이 공간으로 정의되고,
제1 및 제2 역전기 투석 발전부로 유입된 각각의 제1 저농도 용액과 제1 고농도 용액의 농도차에 의해 제1 및 제2 전극과 제3 및 제4 전극에서 전자의 흐름이 발생하여 탈염부에 전위가 인가되며,
인가된 전위에 의해, 탈염부를 유동하는 제1 고농도 용액 내 이온성 물질은 제2 전극과 제3 전극의 마주보는 대향면들 측으로 이동하는, 탈염발전 하이브리드 장치.
Two adjacent reverse-dialysis diaphragm generators have a space between a plurality of reverse-dialysis diaphragm generators and a pair of electrodes facing two adjacent reverse-dialysis diaphragm generators arranged so that electrodes of different polarities face each other at a predetermined interval, A desalination unit including a desalination unit configured to introduce a first high concentration solution into the space, wherein a first high concentration solution and a first low concentration solution are respectively introduced, and a second high concentration solution and a second low concentration solution are discharged; And
A reverse osmosis module into which the second high concentration solution discharged from the desalination-generating unit is introduced and the electricity produced in the desalting-generation unit is supplied; Including,
Reverse electrodialysis development department,
A plurality of agents disposed between the first electrode, a second electrode electrically connected to the first electrode, and a plurality of flow paths disposed between the first and second electrodes and through which the first high concentration solution and the first low concentration solution flow, respectively; A first reverse electrodialysis generator comprising an ion exchange membrane; And
A plurality of flow paths disposed between the third electrode and the fourth electrode, the third electrode, and the fourth electrode electrically connected to the third electrode, the third electrode being spaced apart from the second electrode, and the first high concentration solution and the first low concentration solution respectively flowing; A second reverse electrodialysis power generation unit including a plurality of second ion exchange membranes for partitioning
The desalting unit is defined as a space between opposite surfaces of the second electrode and the third electrode,
The desalination part is generated by the flow of electrons in the first and second electrodes and the third and fourth electrodes by the concentration difference between the first low concentration solution and the first high concentration solution introduced into the first and second reverse electrodialysis generators. Potential is applied to
By the applied potential, the ionic material in the first high concentration solution flowing in the desalting portion moves toward opposite sides of the second electrode and the third electrode.
제 1 항에 있어서,
제2 전극과 제3 전극은 극성이 상이한 탈염발전 하이브리드 장치.
The method of claim 1,
The desalination hybrid device of claim 2, wherein the second electrode and the third electrode have different polarities.
삭제delete 제 1항에 있어서,
역삼투 모듈은, 제2 고농도 용액이 유입되며, 제3 고농도 용액 및 담수를 각각 배출하도록 마련된 탈염발전 하이브리드 장치.
The method of claim 1,
The reverse osmosis module is a desalination power generation hybrid device, the second high concentration solution is introduced, and is provided to discharge the third high concentration solution and fresh water, respectively.
제 1항에 있어서,
탈염부는, 제1 고농도 용액이 유동하기 위한 적어도 하나 이상의 탈염 유로 및 농축 유로를 구획하기 위한 복수 개의 제3 이온교환막을 추가로 포함하는 탈염발전 하이브리드 장치.
The method of claim 1,
The desalting unit further includes at least one desalting flow path for flowing the first high concentration solution and a plurality of third ion exchange membranes for dividing the concentrated flow path.
삭제delete 제 1항에 있어서,
역삼투 모듈에서 토출된 제3 고농도 용액 및 탈염-발전 유닛에서 배출된 제2 저농도 용액이 각각 유입되는 제3 역전기 투석 발전부를 추가로 포함하는 탈염발전 하이브리드 장치.
The method of claim 1,
The desalination power generation hybrid apparatus further comprising a third reverse electric dialysis power generation unit into which each of the third high concentration solution discharged from the reverse osmosis module and the second low concentration solution discharged from the desalination-generation unit are introduced.
◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 8 has been abandoned upon payment of a set-up fee. 제 7항에 있어서,
제3 역전기 투석 발전부에서 생산된 전기는, 역삼투 모듈, 전기충전기 및 전기자동차 중 선택되는 적어도 하나로 공급하도록 마련된, 제2 전기 공급부를 추가로 포함하는 탈염발전 하이브리드 장치.
The method of claim 7, wherein
The electricity produced in the third reverse electric dialysis power generation unit, the desalination power generation hybrid device further comprises a second electric supply, provided to supply at least one selected from the reverse osmosis module, the electric charger and the electric vehicle.
제 7항에 있어서,
제3 역전기 투석 발전부에서 각각 토출된 용액이 유입되도록 마련된 소수력 또는 조류발전 유닛을 추가로 포함하는 탈염발전 하이브리드 장치.
The method of claim 7, wherein
A desalination power generation hybrid apparatus further comprising a hydrophobic or algae power generation unit, each of which has a solution discharged from each of the third reverse electric dialysis generator.
◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 10 has been abandoned upon payment of a setup registration fee. 제 9항에 있어서,
소수력 또는 조류발전 유닛에서 생산된 전기는, 역삼투 모듈로 공급하도록 마련된 제3 전기 공급부를 추가로 포함하는 탈염발전 하이브리드 장치.
The method of claim 9,
The dehydrogenation hybrid device further comprising a third electricity supply unit configured to supply electricity generated by the hydrophobic or algae power generation unit to the reverse osmosis module.
제 1항에 있어서,
역삼투 모듈에서 토출된 제3 고농도 용액 및 탈염-발전 유닛에서 배출된 제2 저농도 용액이 각각 유입되어, 제3 고농도 용액과 제2 저농도 용액의 삼투압 차에 의해 전기를 생산하도록 마련된 압력지연삼투 모듈을 추가로 포함하는 탈염발전 하이브리드 장치.
The method of claim 1,
The pressure delayed osmosis module is provided to generate electricity by the osmotic pressure difference between the third high concentration solution and the second low concentration solution, respectively, by which the third high concentration solution discharged from the reverse osmosis module and the second low concentration solution discharged from the desalination-generation unit are introduced. Desalination hybrid device further comprising.
◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 12 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 11항에 있어서,
압력지연삼투 모듈에서 토출된 용액이 유입되도록 마련된 소수력 또는 조류발전 유닛을 추가로 포함하는 탈염발전 하이브리드 장치.
The method of claim 11,
Desalination power generation hybrid device further comprising a hydrophobic or algae power generation unit is provided to enter the solution discharged from the pressure delay osmosis module.
제 7항에 있어서,
제3 역전기 투석 발전부는,
소정간격 이격되게 배치되며, 전기적으로 연결된 산화전극 및 환원전극,
산화전극 및 환원전극 사이에 배치되어 제3 고농도 용액이 유동하는 고농도 유로 및 제2 저농도 용액이 유동하는 저농도 유로를 구획하기 위한 복수 개의 이온교환막을 포함하고,
고농도 유로를 유동하는 제3 고농도 용액의 이온성물질이 복수 개의 이온교환막을 선택적으로 이동함으로써 전기를 생산하며,
산화전극 및 환원전극으로 전해질이 공급되어 산화전극 및 환원전극에서 각각 산화반응 및 환원반응에 의해 기체상 산소와 기체상 수소를 생산하며, 생산된 산소와 수소가 각각 배출되는 산소 배출부 및 수소 배출부를 포함하는 탈염발전 하이브리드 장치.
The method of claim 7, wherein
Third reverse electric dialysis power generation unit,
Arranged to be spaced apart a predetermined interval, electrically connected to the anode and the cathode,
A plurality of ion exchange membranes disposed between the anode and the cathode to partition the high concentration flow path through which the third high concentration solution flows and the low concentration flow path through which the second low concentration solution flows;
The ionic material of the third high concentration solution flowing in the high concentration flow path selectively moves the plurality of ion exchange membranes to produce electricity.
The electrolyte is supplied to the anode and the cathode to produce gaseous oxygen and gaseous hydrogen by oxidation and reduction reactions at the anode and the cathode, respectively. Desalination hybrid device comprising a portion.
◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 14 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 13항에 있어서,
산소 배출부 및 수소 배출부는, 산소 배출부 및 수소 배출부에서 각각 배출된 산소 및 수소가 산소 저장장치 및 수소 저장장치로 각각 공급되도록 마련된, 산소 공급유로 및 수소 공급유로를 추가로 포함하는 탈염발전 하이브리드 장치.
The method of claim 13,
The oxygen discharge unit and the hydrogen discharge unit may further include an oxygen supply passage and a hydrogen supply passage, which are provided to supply oxygen and hydrogen discharged from the oxygen discharge unit and the hydrogen discharge unit to the oxygen storage device and the hydrogen storage device, respectively. Hybrid devices.
◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈Claim 15 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 1항에 있어서,
역삼투 모듈에서 토출된 제3 고농도 용액 및 탈염-발전 유닛에서 배출된 제2 저농도 용액이 유입되어 전기를 생산하도록 마련된 소수력 또는 조류발전 유닛을 추가로 포함하는 탈염발전 하이브리드 장치.
The method of claim 1,
A desalination power generation hybrid apparatus further comprising a hydrophobic or algae power generation unit configured to generate electricity by introducing a third high concentration solution discharged from the reverse osmosis module and a second low concentration solution discharged from the desalination-generation unit.
제 1항에 따른 하이브리드 탈염발전 장치의 탈염-발전 유닛으로 제1 고농도 용액과 제1 저농도 용액이 각각 유입되고, 제2 고농도 용액 및 제2 저농도 용액이 각각 배출되는 단계;
탈염-발전 유닛으로부터 배출된 제2 고농도 용액이 유입되고, 탈염-발전 유닛에서 생산된 전기가 역삼투 모듈로 공급되는 단계; 를 포함하는 탈염발전 방법.
A first high concentration solution and a first low concentration solution are respectively introduced into the desalination-generation unit of the hybrid desalination power generation apparatus according to claim 1, and the second high concentration solution and the second low concentration solution are respectively discharged;
Introducing a second high concentration solution discharged from the desalination-generation unit, and supplying electricity produced in the desalination-generation unit to the reverse osmosis module; Dechlorination method comprising a.
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