KR102591724B1 - 유체 유동물 및 비-유체 유동물로부터 용매를 제거하기 위해 사용되는 전기 투석 시스템 - Google Patents

유체 유동물 및 비-유체 유동물로부터 용매를 제거하기 위해 사용되는 전기 투석 시스템 Download PDF

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Abstract

시스템은 염화 스트림이 유동하는 염화 챔버가 있는 전기 투석 장치를 포함한다. 탈염화 챔버는 중앙의 이온 선택성 막에 의해 상기 염화 챔버와 분리된다. 탈염화 스트림은 탈염화 챔버를 통해 유동한다. 애놀라이트 챔버 및 캐쏠라이트 챔버는 상기 염화 챔버 및 탈염화 챔버의 대향 외부측들에 있고, 제1 이온 교환 막 및 제2 이온 교환 막에 의해 상기 염화 챔버 및 상기 탈염화 챔버로부터 분리된다. 용매 교환 계면은 제1 측에서 상기 염화 스트림과 접촉하고, 제2 측에서 상기 매질 유동물과 접촉한다. 상기 용매 교환 계면은 용매를 상기 매질 유동물로부터 상기 염화 스트림으로 이동시킨다.

Description

유체 유동물 및 비-유체 유동물로부터 용매를 제거하기 위해 사용되는 전기 투석 시스템
본 발명은 유체 유동물 및 비-유체 유동물로부터 물을 제거하기 위해 사용되는 전기 투석 시스템에 관한 것이다. 일 양태에서, 시스템은 염화 스트림(salinate stream)이 유동하는 염화 챔버가 있는 전기 투석 장치를 포함한다. 탈염화 챔버는 중앙의 이온 선택성 막(membrane)에 의해 상기 염화 챔버와 분리된다. 탈염화 스트림은 탈염화 챔버를 통해 유동한다. 애놀라이트 챔버 및 캐쏠라이트 챔버는 상기 염화 챔버 및 탈염화 챔버의 대향 외부측들(opposite outer sides)에 있고, 제1 이온 교환 막 및 제2 이온 교환 막에 의해 상기 염화 챔버 및 상기 탈염화 챔버로부터 분리된다. 상기 애놀라이트 챔버와 캐쏠라이트 챔버 사이의 이온 수송은 상기 애놀라이트 챔버와 캐쏠라이트 챔버를 가로질러 인가된 전압에 의해 유도되는 패러데이 반응(faradaic reaction)에 의해 구동된다. 용매 교환 계면은 제1 측에서 상기 염화 스트림과 접촉하고, 제2 측에서 상기 매질 유동물(media flow)과 접촉한다. 상기 용매 교환 계면은 용매를 상기 매질 유동물로부터 상기 염화 스트림으로 이동시킨다.
다양한 양태들의 이러한 그리고 다른 특징적인 구성 및 측면들이 다음의 상세한 논의 및 첨부 도면을 고려하여 이해될 수 있다.
이하의 논의는 다음 도면들을 참조하며, 동일한 참조 번호가 다수의 도면에서 유사한/동일한 구성 요소를 나타내기 위해 사용될 수 있다. 도면은 반드시 비율이 동일한 것은 아니다.
도 1 및 1a는 예시적인 양태에 따른 액체 방습제 시스템(liquid desiccant system)의 다이어그램이고;
도 2는 예시적인 양태에 따른 공조 시스템의 사시도이고;
도 3은 예시적인 양태에 따른 공조 시스템의 블록 다이어그램이고;
도 4는 예시적인 양태에 따른 액체 방습제 시스템의 다이어그램이고;
도 5a 및 5b는 예시적인 양태에 따른 전기 투석 스택의 다이어그램이고;
도 6은 예시적인 양태에 따른 공기-액체 계면와 함께 사용되는 열 교환기의 다이어그램이고;
도 7은 예시적인 양태에 따른 다단계 전기 투석 스택의 다이어그램이고;
도 8은 예시적인 양태에 따른 방법의 흐름도이고;
도 9 및 10은 추가적인 예시적인 양태에 따른 전기 투석 장치의 다이어그램이고;
도 11은 예시적인 양태에 따라 다양한 유체 및 비-유체로부터 용매를 제거하기 위해 사용되는 시스템의 다이어그램이고;
도 12는 또 다른 예시적인 양태에 따른 방법의 흐름도이다.
본 발명은 액체 방습제 시스템에 관한 것이다. 액체 방습제 시스템은 무엇보다도 난방, 환기 및 공조(HVAC)에 사용될 수 있다. 공조는 미국 전기 소비량의 거의 10%를 차지하며 제습(dehumidification)은 습한 지역의 전기 부하의 절반 이상을 차지한다. 본 발명은 공조를 위한 제습에 대한 효율적인 열역학적 접근을 설명한다. 일반적으로, 시스템은 산화환원-보조 전기 투석 액체 건조 농축기와 나란히 있는 막 제습기를 포함한다.
본원에 기술되는 시스템은 산화환원-보조 전기 투석 방법의 이점을 취하며, 상기 방법은 막 기반 액체 방습제 공조 시스템을 사용 가능하게 한다. 이러한 산화환원-보조 전기 투석(ED) 방법에서는, 산화환원 활성 종의 수용액이 전기화학 스택의 애노드와 캐쏘드 사이를 순환하여 이온 용액을 농축하여, 증기 압축(VC) 또는 방습제 기반 공조에 필요한 열 또는 압력에 의해 구동되는 열역학적 상 변화를 제거한다. 액체 방습제(예를 들면, 염화 리튬, LiCl의 수용액)는 막 계면을 통해 공기로부터 수분을 흡수한다. 희석된 액체 방습제는 효율적으로 재농축되어, 물을 증발시키는 데 필요한 잠열의 유입(input)을 방지한다. 이러한 신규한 제안된 사이클의 향상된 효율성은 2030년까지 매년 1.5쿼드의 에너지 절약으로 이어질 것으로 추정된다.
도 1에서, 다이어그램은 예시적인 양태에 따른 전기 투석 액체 방습제 공조(ELDAC) 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 방습제 섹션(102) 및 냉각 섹션(104)을 포함한다. 방습제 섹션(102)에서, 실외 공기(106)(및/또는 재순환된 공기)는 액체 운반 막 건조기(108)를 가로지르게 되며, 본원에서는 공기-액체 계면으로도 나타낸다. 공기(106)는 높은 온도 및 높은 상대 습도(RH)의 외부 공기일 수 있다. 공기(106)로부터의 물(109)은 막 계면(108)에서, 예를 들면 수성 LiCl의 농축된 액체 방습제(110) 내로 흡수된 다음, 산화환원-보조 재생기(112)를 통과하여 희석 스트림(114)(예를 들면, 배출수)을 분리하고 방습제 스트림(110)을 재농축한다. LiCl 대신 다른 농축물, 예를 들면, NaCl, LiBr 및 CaCl2가 방습제에 사용될 수 있다.
습기는 방습제 섹션(102)을 떠나는 공기(115) 중에서 감소되어 있고, 이는 냉각 섹션(104)에 의해 냉각된다. 이러한 냉각 섹션(104)은 증발기(116) 및 도시되지 않은 다른 구성 요소(예를 들면, 응축기, 압축기)를 포함할 수 있다. 냉각 섹션(104)으로 진입하는 공기(115)는 외부/재순환된 공기(106)에 비해 상대 습도가 더 낮기 때문에, 증발기(116)가 보다 더 효율적이고, 증발기(116)가 진입되는 공기(115)로부터도 응축해야 했던 수분보다 더 많은 양으로 냉각된 공기(120)의 온도를 낮출 수 있다. 산화환원-보조 전기 투석이 이온성 수용액을 농축하기 위해 사용하는 에너지를 계측한 실험 결과는, ELDAC 시스템(100)이 0.05kBTU/lb 미만의 재생 비열 유입(RSHI: regeneration specific heat input)을 가질 수 있음을 보여주며, 이는 현재 사용되는 열 재생 방법보다 최대 30배 낮다.
도 1a의 상세도(122)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 산화환원-보조 재생기(112)는 2개의 외부 이온 교환 막(124)을 가지며, 상기 막들은 외부 산화환원 채널(126)을 내부 농축물(110) 및 희석물(114) 스트림으로부터 분리한다. 이러한 예에서, 외부 이온 교환 막(124)은 음이온 교환 막(AEM)으로 구성된다. 농축물(110) 및 희석물(114) 스트림은 중앙 이온 교환 막(130)에 의해 분리되며, 이러한 예에서 상기 막은 양이온 교환 막(CEM)이다. 다른 구성에서, 중앙 이온 교환 막(130)은 AEM일 수 있고, 외부 막(124)은 CEM일 수 있다.
외부 전압(132)은 산화환원 활성 셔틀 분자의 산화 또는 환원을 유도하여, 물을 분할하지 않으면서 또는 생성물에 의해 기타 기체(예를 들면, 염소)를 생성하지 않으면서 막(124 및 130)을 가로지르는 이온 이동을 유도하고, 재농축된 방습제(110) 및 배출수(114)의 두 가지 스트림을 생성한다. 이러한 목표는 여러 단계에 걸쳐 달성될 수 있다. 하나의 제안된 산화환원 셔틀은 양으로 하전된 페로센 유도체, 예를 들면, (비스(트리메틸암모니오프로필)페로센/비스(트리메틸암모니오프로필)페로세늄, [BTMAP-Fc]2+/[BTMAP-Fc]3+)(134)로서, 이는 비독성이고, 매우 안정적이고, 매우 빠른 전기화학적 키네틱 및 무시할 수 있는 막 투과성을 갖는다. 다른 산화환원 셔틀 용액은 페로시아나이드/페리시아나이드([Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3-) 또는 음으로 하전된 페로센 유도체를 포함할 수 있다. 시스템의 이동부는 액체 순환을 위한 저압 펌프 및 공기 순환을 위한 팬을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 산화환원 셔틀을 보조하는 4채널 전기 투석 스택에 대한 추가의 세부 사항은 공동 소유된 미국 특허출원 16/200,289(변리사 문서 번호 20171214US03/PARC.225U1)에서 확인할 수 있으며, 상기 문헌은 이의 전문이 인용에 의해 본원에 포함된다.
도 2에서, 사시도는 예시적인 양태에 따른 ELDAC 시스템(200)의 세부 사항을 도시한다. 도 3에서, 블록 다이어그램은 도 2에 도시된 일부 구성 요소들 간의 기능적 관계를 그리고 추가의 양태에 따른 다른 구성 요소를 도시한다. 시스템(200)은 다양한 기능적 구성 요소를 보유하고 공기 덕트 경로를 제공하는 인클로저(202)를 포함한다. 가습된 공기(214)(예를 들면, 외부 및/또는 반환 공기)는 송풍기(212)를 통해 제1 덕트(220)를 통하여 전달된다. 상기 공기(214)는 공기-액체 계면 제습기(206)를 가로지르게 된다. 이러한 예에서, 제습기(206)는 제1 덕트(220)를 채우는 직사각형 막 요소(element)로 구성된다.
제습기(206)의 프레임(206a) 내에는 하나 이상의 평면 막(206b)이 있으며, 이를 통해 액체 방습제가 순환된다. 다른 양태에서, 중공 튜브, 액체-to-공기 표면, 액체 스프레이가 평면 막(206b) 대신에 또는 평면 막(206b) 이외에 제습기(206)에서 사용될 수 있다. 막(206b)을 통한 유체 방습제의 이동은 모세관 작용, 중력 공급, 액체의 직접 펌핑 등의 임의의 조합을 사용하여 달성될 수 있다. 그릴(206c)은 막(206b)의 기계적 지지를 위해 제공되어, 공기 유동물(214)로부터의 공기 압력으로 인한 굴곡(flexing)을 감소시킬 수 있다. 액체 펌프(207)는 액체 방습제를 임의의 저장 탱크(210)로부터 막 제습기(206)로 이동시키기 위해 사용되며, 막 제습기(206)에서 액체 방습제는 공기(214)로부터 물을 흡수하고 산화환원-보조 재생기(208)로 다시 공급된다. 산화환원-보조 재생기(208)는 액체 방습제로부터 물을 분리하고, 분리된 물은 배수관(209)을 통해 배출된다. 구성 요소(207, 208, 210) 및 관련 배관은 도시의 편의를 위해 인클로저(202) 외부에 도시되어 있지만, 이들은 부분적으로 또는 완전히 인클로저(202) 내에 위치한다.
막 제습기(206)를 통과한 공기(216)는 RH가 낮아 냉매-사이클 공조기의 증발기와 같은 현열 제거기(204)에 의해 보다 효율적으로 처리될 수 있다. 현열 제거기(204)를 통과한 냉각된 공기(218)는 공급 덕트(220)를 통과하여 인클로저(202)를 빠져나가고, 예를 들면 건물, 차량 등과 같은 목표 공간을 냉각하는데 사용된다.
도 3에서, 산화환원 저장 탱크(300)는 LD 재생기(208)와 유체 통신하는 것으로 도시되어 있음에 유의. ELDAC 시스템(200)은 산화환원 저장조(reservoir) 및 방습제 저장조(300 및 210) 중 하나 또는 이들 저장조 둘 다를 포함할 수 있다. 방습제 저장부(storage)(210)는 개별 저장조들 또는 둘 이상의 구획을 갖는 단일 저장조를 사용하여 농축물 스트림 및 희석물 스트림(예를 들면, 도 1의 스트림(110 및 114)) 둘 다에 대한 유체를 저장할 수 있음에 유의. 산화환원 저장부(300)는 산화환원 스트림의 농축된 부분 및 희석된 부분(예를 들면, 도 1에 도시된 스트림(126)의 저부 및 상부 부분)을 유사하게 저장할 수 있다. 이들 저장조(210 및 300)는 일부 양태에서 완충액으로서 사용될 수 있다. 예를 들면, ELDAC 시스템(200)으로부터 배수되는 물이 공기로부터 흡수되는 물과 동일하지 않으면, 농축된 방습제 또는 희석된 방습제 중 하나(또는 이들 방습제 둘 다의 조합)가 저장조(210)로부터 배출되어, 방습제 루프가 원하는 농축 수준 및/또는 유속으로 유지되는 것을 보장한다.
저장조(210 및 300)는 제습 이외에 다른 목적으로 사용하기에 충분한 용량을 가질 수 있다. 예를 들면, 미국 특허출원 16/200,289(변리사 문서 번호 20171214US03/PARC.225U1)에 개시된 바와 같이, 전기 투석 배터리(302)는 산화환원 용액(300)을 사용하여 전기를 발생시켜 제습에 사용된 전기의 일부를 회수할 수 있다. 이러한 과정은 제습과 함께 또는 제습과 별도로 실시될 수 있다. 예를 들면, 시스템을 가볍게 이용하거나 또는 차단하는 야간에 발전이 발생할 수 있다.
도 4에서, 다이어그램은 예시적인 양태에 따른 액체 방습제 시스템의 추가의 세부 사항을 도시한다. 전기 투석 스택(400)은 액체 방습제 루프(402) 및 산화환원 셔틀 루프(404)를 위한 인클로저를 제공한다. 루프(402 및 404)는 외부 교환 막(406)에 의해 하우징(400) 내에서 분리되고, 액체 방습제 루프(402)의 희석/농축 경로(402a 및 402b)는 중앙 교환 막(408)에 의해 분리된다. 루프(402 및 404) 내의 유체는 각각 펌프(412 및 410)에 의해 구동된다.
액체 방습제 루프(402)는 지점(402c)에서 농축된 액체 방습제로 출발한다. 방습제 루프(402)는 물 중 염화 리튬과 같은 수성 이온 용액을 포함한다. 일반적인 출발 농도는 ~30wt%의 방습제이다. 농축된 방습제 용액은 도 2 및 도 3에 도시된 막 제습기(206)와 같은 공기-막 계면/교환기(414)와 접촉하게 된다. 교환기(414)에서, 더 높은 RH의 공기(416)가 진입하고 더 낮은 RH의 공기(418)가 빠져나온다. 공기로부터의 수증기(420)는 방습제에 의해 교환기(414)에서 물 선택성 막(422)(또는 다른 액체-공기 계면)을 가로질러 당겨져 방습제 용액을 희석시키고, 방습제 용액은 지점(402d)에서 더 낮은 농도로 배출된다.
전기 투석 스택(400)에서, 저농도 액체 방습제 용액(402d)은 접합부(402e)에서 분할되어 별도의 스트림(402a 및 402b)으로 분할되며, 상기 스트림들은 스택(400)의 막(406 및 408)과 접촉하게 된다. 스트림(402b)은 스택(400)을 통과할 때 농축되어, 지점(402c)과 동일한 농도를 갖는 펌프(412)로 재진입된다. 다른 스트림(402a)은 스택(400)을 통과할 때 희석되어, 고도로 희석된 물 스트림으로 남으며, 상기 물 스트림은 배수, 저장될 수 있거나 또는 일부 다른 목적으로 사용될 수 있다.
펌프(410)는 지점들(404a 및 404b) 사이에서 산화환원 셔틀을 순환시키고, 그 결과 전극(424)과 접촉하게 된다. 전기 투석 스택에 인가된 전압(426)은 이온을 스트림(402a)에서 스트림(402b)으로, 스트림(402a)에서 스트림(404b)으로 그리고 스트림(404a)에서 스트림(402b)으로 구동시킨다. 각각의 경우에, 막(406 및 408)을 통해 이온을 구동시키는 것은 농도에 영향을 미친다. LiCl을 방습제 농축물로서 사용하고 [BTMAP-Fc]2+/[BTMAP-Fc]3+를 산화환원 셔틀로서 사용하는 전기 투석 스택(500)의 다른 양태가 도 5a에 도시되어 있다. LiCl 방습제 농축물은 중앙 이온 교환 막(506), 이 경우에는 CEM에 의해 탈염/희석 스트림 및 농축 스트림(504)으로 분할된다. 산화환원 셔틀 루프(508)는, 중앙 이온 교환 막(506)과는 상이한 유형의 제1 외부 이온 교환 막 및 제2 외부 이온 교환 막(507 및 509)(이 경우에는 AEM) 각각에 의해, 액체 방습제 루프의 희석 스트림 및 농축 스트림으로부터 분리된 제1 산화환원 스트림 및 제2 산화환원 스트림(508a 및 508b)을 갖는다.
LiCl을 방습제 농축물로서 사용하고, [Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3-를 산화환원 셔틀로서 사용하는 전기 투석 스택(510)의 또 다른 대안적인 양태가 도 5b에 도시되어 있다. LiCl 방습제 농축물은, 중앙 이온 교환 막(516), 이 경우에는 AEM에 의해 탈염화/희석 스트림 및 농축 스트림(514)으로 분할된다. 산화환원 셔틀 루프(518)는, 중앙 이온 교환 막(516)과는 상이한 유형의 제1 외부 이온 교환 막 및 제2 외부 이온 교환 막(517 및 519)(이 경우에는 CEM) 각각에 의해, 액체 방습제 루프의 희석 스트림 및 농축 스트림으로부터 분리된 제1 산화환원 스트림 및 제2 산화환원 스트림(518a 및 518b)을 갖는다. 도 5a 및 5b에 도시된 전기 투석 스택(500 및 510)은 본원에 도시되는 임의의 제습 루프에 사용될 수 있다.
상기 기술한 시스템의 제습부는, 펌프 및 전기 투석 스택을 구동하기 위한 유입 전기 및 제습되는 유입 공기 스트림만을 필요로 한다. 물의 유출 스트림 및 낮은 RH의 공기가 있을 것이다. 이러한 시스템은, 예를 들면 저장된 산화환원 용액으로부터 전기를 발생시키는 추가의 용도에 맞게 조정할 수 있지만, 제습용으로 사용하도록 고안되었다. ELDAC는, 0 또는 0에 가까운 과전압에서의 전기 투석 농도를 사용하여, 기존의 제습 시스템보다 훨씬 적은 에너지를 필요로 하기 때문에, 이익을 제공한다. 이러한 시스템은 이온 운동을 구동하기 위한 물 분할에 의존하지 않기 때문에, ELDAC는 기존 전기 투석과 같은 다른 전기화학 공정과 달리 농축 염 용액에 대해 사용시 어떠한 독성 또는 가연성 기체(예를 들면, 염소 또는 수소)도 생성하지 않는다. 예시적인 응용 분야는 일반 공조기로부터의 ELDAC 업스트림을 사용하여 공조기에 대한 잠열 부하를 제거하고 공조 비용을 낮출 수 있다.
액체 방습제에서의 수분의 흡수는 발열성이어서, 액체 방습제를 운반하는 공기-액체 계면의 온도를 증가시킨다. 이러한 온도 상승은 공기-액체 계면을 통과하는 공기를 수용하는 현열 냉각 섹션(sensible cooling section)에 대한 부하를 증가시킬 수 있다. 도 6에서, 다이어그램은 예시적인 양태에 따라 공기-액체 계면(600)으로부터 열을 제거하기 위한 시스템을 도시한다. 열 교환기(602)는 계면(600)의 일부(예를 들면, 막)를 통해 분포된 열 전달 요소(604)에 열적으로 결합된다.
열 전달 요소(604)는 전도성 스트립(예를 들면, 금속, 탄소 나노 튜브 등), 기체-충전 또는 액체-충전 수동 열 파이프(예를 들면, 열 사이펀), 기체 또는 액체가 펌핑되는 튜브, 복사 열 흡수기 또는 당업계에 공지된 다른 열 전달 구조일 수 있다. 요소(604)를 통해 전달된 열은 냉각 유동물(606)이 가해지는 열 교환기(602)로 전달된다. 냉각 유동물(606)은, 열 교환기(602)로부터 열을 전달하고 궁극적으로는 열을 주위 히트 싱크(heat sink)(예를 들면, 공기, 토양, 물)로 넘길 수 있는 기체 또는 액체 유동물이다. 다른 양태에서, 열(608)은 (예를 들면, 열 전달 경로(610)를 따라) 다른 히트 싱크, 예를 들면, 전기 투석 스택(612)(계면(600) 또는 상이한 스택에 방습제를 제공하는 동일한 스택일 수 있음) 및/또는 시스템으로부터의 배출수(614)(예를 들면, 도 1의 배출수(114))로 전달될 수 있다.
이전의 예에서, 전기 투석 스택은 단일 산화환원 루프를 포함했다. 다른 양태에서, 스택은, 희석/농축의 수준을 추가로 증가시키고/증가시키거나 처리될 수 있는 방습제 유동물의 양을 증가시키기 위해, 다수의 산화환원 루프 및 회합된 이온 막을 포함할 수 있다. 도 7에서, 블록 다이어그램은 예시적인 양태에 따른 이중 단계 전기 투석 스택(700)을 도시한다.
전기 투석 스택(700)은 액체 방습제 루프(702)를 처리하며, 이는 희석 스트림(702a) 및 농축 스트림(702b)으로 분할되어 제1 단계(704)를 통과한다. 단계(704)를 빠져나가는 스트림(702a)은 제2 희석 스트림(702d) 및 제2 농축 스트림(702e)으로 추가로 분할되어 제2 단계(706)를 통과한다. 단계(706)를 빠져나가는 스트림(702e)은 단계(704)를 빠져나가는 스트림(702b)보다 농도가 더 낮고, 유출 스트림(702c)과 재혼합될 수 있고, 702b와 재혼합되는 대신 이전 단계(704)로 재도입될 수 있고, 공기-액체 계면(708)으로 재도입될 수 있다. 효율을 최대화하기 위해, 스트림(702c 및 702e)의 방습제 농도는 거의 동등하다(예를 들면, 0 내지 20% 이내).
각각의 단계(704 및 706)는 희석 스트림(702a 및 702d) 및 농축 스트림(702b 및 702e)을 분리하는 중앙 이온 교환 막(704a 및 706a)을 갖는다. 각각의 단계(704 및 706)는, 제1 외부 이온 교환 막 및 제2 외부 이온 교환 막(704c, 704d, 706c 및 706d) 각각에 의해 액체 방습제 루프(702)의 희석 스트림(702a 및 702d) 및 농축 스트림(702b 및 702e)으로부터 분리된 제1 산화환원 스트림 및 제2 산화환원 스트림(704ba, 704bb, 706ba 및 706bb)을 갖는 산화환원 셔틀 루프(704b 및 706b)를 갖는다. 단계(704 및 706)는 각각 제1 전극 및 제2 전극(704e, 704f, 706e 및 706f)을 포함하며, 이들은 전기 투석 스택(700)의 단계(704 및 706)에 걸쳐 전압을 인가하도록 작동 가능하다.
공기-액체 계면(708)은 제1 단계(704)를 빠져나가는 액체 방습제의 농축 스트림(702b)과 유체 통신한다. 공기-액체 계면(708)은 액체 방습제의 농축 스트림(702b)을 공기-액체 계면(708)을 통과하여 유동하는 공기에 노출시키고, 상기 농축 스트림은 공기로부터 물의 흡수를 통해 희석되어 유출 스트림(702c)을 형성한다. 유출 스트림(702c)은 제2 단계(706)를 빠져나가는 유출 스트림(702e)과 합쳐진다. 제1 펌프(712)는 액체 방습제를 전기 투석 스택(700) 및 공기-액체 계면(708)을 통해 순환시킨다. 공기-액체 계면(708)으로부터의 유출 스트림(702c)은, 유출 스트림(702e)과 합쳐진 후, 전기 투석 스택(700)으로 유입시 희석 스트림(702a) 및 농축 스트림(702b)으로 분할된다.
전극(704e, 704f, 706e 및 706f)을 가로지르는 전압은 중앙 이온 교환 막(704a 및 706a) 및 제1 외부 이온 교환 막(704c 및 706c)을 가로지르는 이온 이동을 일으켜, 방습제 농축물이 제1 희석 스트림(702a)으로부터 단계(704)의 제1 산화환원 스트림(704ba) 및 제1 농축 스트림(702b)으로, 유사하게는 제2 희석 스트림(702d)으로부터 단계(706)의 제1 산화환원 스트림(706ba) 및 제2 농축 스트림(702e)으로 이동하게 한다. 제2 펌프(714 및 716)는 산화환원 셔틀 루프(704b 및 706b)를 순환시켜, 제1 산화환원 스트림(704ba 및 706ba) 및 제2 산화환원 스트림(704bb 및 706bb)이 각각 제1 외부 이온 교환 막(704c 및 706c) 및 제2 외부 이온 교환 막(704d 및 706d)을 가로질러 유동하게 한다. 전압은 또한 제2 외부 교환 막(704d 및 706d)을 가로지르는 제2 (및 유사한) 이온 이동을 일으켜, 방습제 농축물을 제2 산화환원 스트림(704bb 및 706bb)으로부터 농축 스트림(702b 및 702e)으로 이동시킨다.
단계(704 및 706)는 동일할 수 있거나 상이할 수 있음에 유의. 예를 들면, 각각의 단계(704)는 산화환원 셔틀 용액, 중앙 및 외부 교환 막 유형, 전압, 막의 기하학적 형상(geometry), 방습제 유동물의 기하학적 형상, 산화환원 유속 등의 상이한 조합을 사용할 수 있다. 이러한 방식으로, 단계(704 및 706)는, 희석 스트림(702a 및 702d) 및 농축 스트림(702b 및 702e)의 부분들 내의 상이한 예상 농도에 대해 최적화될 수 있다. 단계(704 및 706)는 동시에 작업될 수 있고, 하나 또는 다른 단계가 일부 조건 하에 차단될 수도 있다. 예를 들면, 희석 스트림(702a) 내의 농축 수준이 어떤 임계값 미만이면, 에너지를 절약하고 마모를 줄이기 위해 단계들(704 및 706) 중 하나가 차단될 수 있다. 희석 스트림(702a) 내의 농축 수준이 상기 임계값을 초과하면, 비활성화된 단계(704 및 706)가 재개될 수 있다.
도 7에 도시된 양태는 두 단계(704 및 706) 이상으로 확장될 수 있다. 또한, 단계(704 및 706)가 단일 전기 투석 스택 유닛(700)의 일부로 도시되어 있지만, 이들은 예를 들면 방습제 루프(702)의 스트림(702a, 702b, 702d 및 702e)을 운반하기 위한 배관에 의해 결합되는 별도의 인클로저로서 구현될 수 있다. 일 양태에서, 하나의 산화환원 펌프가 예를 들면 병렬로 또는 직렬로 실시되는 루프(704b 및 706b)에 의해 2개의 펌프(714 및 716) 대신에 사용될 수 있다. 도 7에 도시된 것과 같은 다단계 전기 투석 스택이 이전에 도시된 임의의 양태(예를 들면, 도 1 내지 5)에서 사용될 수 있고, 이들 및 다른 도면에 도시된 임의의 특징적인 구성, 예를 들면 유체 저장부 저장조, 열 교환기 등을 포함할 수 있다.
도 8에서, 흐름도는 예시적인 양태에 따른 방법을 도시한다. 이 방법은 공기-액체 계면을 통해 액체 방습제를 순환시킴(800)을 포함한다. 공기는 공기-액체 계면을 가로질러 유동하여 액체 방습제가 공기로부터 물을 흡수하게 된다(801). 액체 방습제는 물의 흡수를 통해 희석되어 유출 스트림을 형성한다. 유출 스트림은 전기 투석 스택에 대한 유입에서 희석 스트림 및 농축 스트림으로 분할된다(802). 전기 투석 스택은 중앙 이온 교환 막 및 상기 중앙 이온 교환 막과 상이한 유형의 제1 외부 이온 교환 막 및 제2 외부 이온 교환 막(예를 들면, 양이온 또는 음이온)을 갖는다.
희석 스트림은 중앙 이온 교환 막과 제1 외부 이온 교환 막 사이에서 유동하게 된다(803). 농축 스트림은 중앙 이온 교환 막과 제2 외부 이온 교환 막 사이에서 유동하게 된다(804). 산화환원 셔틀 루프는 제1 외부 이온 교환 막 및 제2 외부 이온 교환 막 주위로 순환된다(805). 전압이 전기 투석 스택을 가로질러 인가되어, 중앙 이온 교환 막과 제1 외부 이온 교환 막을 가로지르는 이온 이동을 일으킨다(806). 이러한 이동은, 희석 스트림으로부터 산화환원 셔틀 루프 및 농축 스트림으로의 방습제 농축물의 이동을 초래한다.
상기 예에서, 공기와 같은 기체로부터 물을 제거하기 위해 전기 투석 스택이 사용되며, 이는 일반적으로 유체로 분류된다. 이러한 기술은 또한 공기 이외의 다른 유체 및 비-유체로부터 물(또는 기타 용매)을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 음료 또는 조미료와 같은 수성 액체의 농축물로부터 물을 제거하고, 비수성 액체를 건조시키고, 고형물을 탈수시키는 등을 위해 아래에 설명되는 장치를 사용할 수 있다. 이 장치는, 물에 용해된 산화환원 활성 종을 애노드로부터 캐쏘드로 그리고 다시 반대로 순환시켜 에너지 효율적인 방식으로 염이 용해된 용매로부터 염을 분리하도록 디자인된 산화환원 셔틀화 전기화학 전지를 이용한다. 전기화학 전지는 물(또는 약한 유도 용액(draw solution))에 용해된 염의 유입을 수용하고, 이를 물(또는 강한 유도 용액)에 용해된 농축된 염의 하나의 유출 스트림 및 물에 용해된 고갈된 수준의 염(또는 무시할 수 있는 수준의 염)이 있는 제2 유출 스트림으로 분리한다.
산화환원-셔틀화 전기화학 전지는 막 계면 모듈의 다운스트림에 연결되며, 상기 모듈은 강한 유도 용액이 건조될 물질과 막 접촉하게 되는 큰 표면적을 제공한다. 막 계면 모듈에서, 물은 막을 통해 문제의 물질로부터 강한 유도 용액으로 흡수되어 더 큰 용적의 약한 유도 용액을 형성한다. 약한 유도 용액은 더 작은 용적의 강한 유도 용액으로 재생되고 막 계면 모듈로 반환된다.
정삼투는 유입 유체로부터 그리고 유도 용액으로 물을 제거하기 위해 일반적으로 사용되는 기술이다. 염화나트륨과 같은 무기 염의 수용액은 정삼투 유도 용액으로서 일상적으로 사용된다. 유도 용액이 유입 유체로부터 물을 흡수한 후에는, 유도 용액은 이제는 이전보다 더욱 희석되었고, 흡입 공기로부터 흡수된 여분의 물을 제거하면서 본래의 농도로 재농축(또는 재생)되어야 한다.
유도 용액을 재농축하기 위한 한 가지 접근법은 희석된 용액을 가열하여 과량의 물을 증발시키는 것이었다. 이는 염 함량이 높고 상대 습도도 높을 때 증발 속도가 느려지기 때문에 비효율적이다. 액체 방습제 용액을 농축하는 비-열적 방법은 이러한 문제를 피할 수 있다. 전기 투석은 상기 언급한 유도 용액과 같은 염수를 농축하는 데 매우 적합하지만, 이는 현재 염을 제거하기 위해 RO와 같은 다른 탈염화 기술(0.06 내지 0.08kWh/kg NaCl)보다 상대적으로 더 많지만 에너지를 소비하지만(~0.26 내지 0.30kWh/kg NaCl), 증기 압축과 같은 열 기술(0.6 내지 1.0kWh/kg NaCl)보다는 적다. 용량성 탈이온화는 전기 에너지를 사용하지만, 에너지 집약적(0.22kWh/kg NaCl)이며, 물로부터 용해된 염을 제거하는 데 가장 적합한데, 이는 전극이 정의에 따라 고체여야 하기 때문이다. 전기 투석은 RO와 달리 모든 염도에서 염수를 처리하기 위해 사용할 수 있는 기술이지만, 염을 제거하기 위한 높은 비에너지(specific energy) 소비로 인해 제한적으로 사용되어 왔다.
종래의 전기 투석에서, 이온은 애노드 및 캐쏘드에서의 패러데이 반응에 의해 물 밖으로 또는 물 속으로 구동된다. 대부분의 경우 패러데이 반응은 물을 분리하는 반응이다: 물은 애노드에서 산소로 산화되고 캐쏘드에서 수소로 환원되어, 전극에서 전하 불균형이 발생하고 전략적으로 배치된 이온-선택성 막을 통한 이온 이동에 의해 균형을 이룬다. 그러나, 물 분할은 이를 위한 에너지가 필요하기 때문에 에너지적인 패널티가 수반된다. 문제는 상당한 과전위가 물의 산화 및 환원 둘 다와 관련되어 있다는 사실에 의해 악화된다. 또한, 애노드에서 발생되는 산소, 염소 또는 브롬 기체는 매우 파괴적이며, 백금/이리듐-도금 전극의 사용을 필요로 한다.
전기화학 전지는 희석된 염 용액을 재농축하고 흡수된 물로부터 농축된 염 스트림을 분리하기 위한 에너지 효율적인 전기 투석에 사용될 수 있다. 도 9 및 10에서, 다이어그램은 예시적인 양태에 따른 전기화학 전지(900 및 1000)를 도시한다. 전기화학 전지(900)는 일련의 4개의 챔버(902 내지 905)를 포함하며, 이들은 각각 적절한 이온 선택성 막(908 내지 910)에 의해 이웃으로부터 분리된다. 이 경우, 양으로 하전된 산화환원 셔틀 BTMAP-Fc(508a 및 508b)가 사용된다. 도 10에서, 전기화학 전지(1000)는 막들(1008 내지 1010)의 상이한 배열을 갖는 음으로 하전된 산화환원 셔틀 Fe(CN)을 사용한다. 인가된 전압이 1.26V를 초과하면 많은 수의 챔버에서 물의 분할이 발생하기 시작할 수 있지만, 원칙적으로는 임의의 수의 쌍의 교대 염화 챔버 및 탈염화 챔버를 사용할 수 있다.
일 양태에서, 물에 용해된 산화환원 캐리어는 캐쏘드에서 환원된 다음 애노드로 셔틀링되어 재산화되고, 후속적으로 캐쏘드로 재전달되어 사이클을 완료한다. 원칙적으로는 고체 산화환원 캐리어도 사용할 수 있지만, 고체 산화환원 활성 물질은 전지의 한 쪽에서 다른 쪽으로 쉽게 이동할 수 없기 때문에 많은 양의 캐리어, 및 염화 스트림 및 탈염화 스트림의 빈번한 스위칭이 필요하다.
원칙적으로, 전기 투석은 염도가 상당히 높은 공급물 스트림으로부터 출발하여, 0.5ppt보다 훨씬 더 낮은 염도의 물을 생성할 수 있다. 일 양태에서, 유도 용액의 스트림을 재농축하는데 동일한 장치가 사용되며, 상기 스트림은 일반적으로 무기 염의 농축된 용액이다. 탈염화 스트림으로부터 염화 스트림으로의 물의 횡단(crossover)을 통한 손실을 최소화하기 위해, 장치는 여러 상이한 전지로 제조될 수 있으며, 상기 전지들은 여러 단계에서 염도가 낮은 수준으로 낮아진다. 또한, 산화환원 셔틀은 이상적으로는 염화 스트림 및 탈염화 스트림 둘 다로 또는 이들 스트림 둘 다로부터의 순(net) 물 횡단을 최소화하는 농도에서 작동해야 한다. 이를 위해, BTMAP-Fc는, 방습제 스트림의 농도(최대 1.9molar 또는 ~10molal)와 일치할 수 있는 물 중에서의 용해도가 매우 높기 때문에, 이상적이다.
이제 도 11을 참조하면. 다이어그램은 예시적인 양태에 따른 시스템을 도시하며, 이는 용액, 예를 들면 염 용액의 스트림을 재농축함으로써 유입 유체로부터 물을 흡수하기 위해 사용될 수 있다. 시스템은 염화 스트림(1104)이 유동하는 염화 챔버(1102)를 갖는 전기 투석(ED) 장치(1100)를 포함한다. ED 장치(1100)는 중앙의 이온 선택성 막(1108)에 의해 염화 챔버(1102)로부터 분리되는 탈염화 챔버(1106)를 포함한다. 탈염화 스트림(1110)은 탈염화 챔버(1106)를 통해 유동한다. 탈염화 스트림(1110)은 다르게는 ED 장치(1100)으로 진입하기 전에 염화 스트림(1104)으로부터 분할될 수 있다(1111). 애놀라이트 챔버(1112) 및 캐쏠라이트 챔버(1114)는 염화 챔버 및 탈염화 챔버(1102 및 1106)의 대향 외부측들에 있고, 제1 이온 교환 막 및 제2 이온 교환 막(1116 및 1118)에 의해 상기 염화 챔버 및 상기 탈염화 챔버로부터 분리된다.
애놀라이트 챔버와 캐쏠라이트 챔버(1112 및 1114) 사이의 이온 수송은 애놀라이트 챔버 및 캐쏠라이트 챔버(1112 및 1114)를 가로질러 인가된 전압에 의해 유도되는 패러데이 반응에 의해 구동된다. 일 양태에서, 하나 이상의 산화환원 캐리어가 애놀라이트 챔버 및 캐쏠라이트 챔버(1112 및 1114)를 통해 유동하며, 예를 들면, 물에 용해되었고 애놀라이트 챔버(1112)로부터 캐쏠라이트 챔버(1114)로 그리고 다시 반대로 순환하는 산화환원 캐리어의 단일 스트림이다. 애놀라이트 챔버 및 캐쏠라이트 챔버(1112 및 1114)는 예를 들면, 상이한 산화환원 캐리어 및 상이한 유형의 막(1108, 1116 및 1118)을 사용하여, 본원에 도시된 것과 반대편에 위치할 수 있다는 점에 유의한다.
염화 스트림은 매질 유동물(1122)에도 결합된 교환 유닛(1120)으로 보내진다. 교환 유닛(1120)은 제1 측에서 염화 스트림(1104)과 접촉하고 제2 측에서 매질 유동물(1122)과 접촉하는 물 교환 계면(1124)(예를 들면, 정삼투막)을 포함한다. 물(1126)은 매질 유동물(1122)로부터 물 교환 계면(1124)을 가로질러 염화 스트림(1104)으로 이동한다. 매질 유동물(1122)은 적어도 약간의 물을 함유하는 액체, 반고체, 고체, 겔, 미스트 등일 수 있으며, 상기 약간의 물은 추출될 수 있다.
이러한 예에서, LiBr은 염화 스트림(1104) 및 탈염화 스트림(1110)을 통해 유동하는 예시적인 유도 용액 용질로서 도시된다. 1% LiBr의 예시적인 농도가 탈염화 스트림(1110)에 대해 도시되지만, 이는 더 높을 수 있거나 더 낮을 수 있다. 그. 탈염화 스트림(1110)은 폐기될 수 있거나, 또는 동일하거나 상이한 방법을 사용하여 임의로 재농축되어 시스템으로, 예를 들면 챔버(1102 및 1106) 중 하나 또는 챔버들 둘 다로 재공급될 수 있다. 다른 용질은 NaCl, KCl, CaCl2, CaBr2 또는 LiCl을 포함할 수 있다.
블록(1128)에 나타낸 바와 같이, 탈염화 스트림(1110)은 여전히 소량의 용해된 염을 함유하고 있으며, 이는 단순히 폐기물로 배출될 수 있거나 또는 염이 폐기하기에 충분히 저렴한 경우 중수(gray water)로서 재사용되어, 운영 비용이 발생할 수 있다. 다르게는, 탈염화 스트림(1110)은 막 투과기화(membrane pervaporation), 역삼투 또는 제1 ED 장치(1100)와 구조적으로 유사한 제2 ED 장치, 및 ED 장치(1100)의 중간 단계로의 재공급과 같은 기술을 사용하여 재농축될 수 있다. 탈염화 스트림(1110)은 마실 수 있을 만큼 충분히 낮은 농도(0.5ppt 미만)의 염을 함유할 수도 있다.
도 12에서, 흐름도는 예시적인 양태에 따른 방법을 도시한다. 이 방법은 염화 스트림을 염화 챔버를 통해 유동하게 하는 단계(1200)를 포함한다. 탈염화 스트림은 탈염화 챔버를 통해 유동하게 되며(1201), 상기 탈염화 챔버는 중앙의 이온 선택성 막에 의해 상기 염화 챔버로부터 분리된다. 전압을 애놀라이트 챔버 및 캐쏠라이트 챔버에 인가하며(1202), 상기 애놀라이트 챔버 및 캐쏠라이트 챔버는 상기 염화 챔버 및 탈염화 챔버의 대향 외부측들에 있고, 제1 이온 교환 막 및 제2 이온 교환 막에 의해 상기 염화 챔버 및 상기 탈염화 챔버로부터 분리된다. 전압은 애놀라이트 챔버와 캐쏠라이트 챔버 사이에 이온 수송을 일으키는 패러데이 반응을 유도한다. 염화 스트림은 물 교환 계면의 제1 측을 가로질러 유동하게 된다(1203). 매질 유동물은 물 교환 계면의 제2 측과 접촉하게 된다(1204). 물 교환 계면은 물을 매질 유동물로부터 염화 스트림으로 이동시킨다.
다시 도 11을 참조하면, 염화 스트림(1104 및 1110) 내의 용매는 반드시 물일 필요는 없지만, 임의의 일반적인 용매여야 한다. 스트림(1104 및 1110) 내의 예시적인 용매는 혼화성 용매들의 임의의 조합일 수 있다. 예시적인 용매는 물, 에탄올, 부탄올, 이소프로판올, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, N,N-디메틸포름아미드, 1,4-디옥산, 아세톤 및 테트라하이드로푸란을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
염화 스트림(1104) 및 탈염화 스트림(1110) 내의 용해된 용질은 ED 장치(1100)에서 농축될 수 있는 하나 이상의 전해질을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들면, 스트림(1104 및 1110) 내의 전해질은, 해수 또는 폐수에서 만나는 이온성 염을 포함하지만 이에 제한되지 않는 스트림(1104 및 1110)의 용매에 가용성인 이온성 염들의 임의의 조합일 수 있다. 전해질에 존재할 수 있는 예시적인 양이온은 하이드로늄, 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 암모늄, 알킬암모늄 및 이미다졸륨을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 전해질에 존재할 수 있는 예시적인 음이온은 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 설포네이트, 포스포네이트, 카보네이트, 하이드로카보네이트, 카복실레이트, 할라이드 옥시음이온, 황 옥시음이온, 인 옥시음이온 및 질소 옥시음이온을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
달리 명시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 사용되는 피처(feature)의 크기, 양 및 물리적 성질을 표현하는 모든 수는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수정되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 명시되지 않는 한, 상기 명세서 및 첨부된 청구범위에 기재된 수치 파라미터는, 본원 명세서에 개시된 교시를 이용하여 당업자가 얻고자 하는 원하는 성질에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 종점에 의한 수치 범위의 사용은 상기 범위 내의 모든 수(예를 들면, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5를 포함함) 및 상기 범위 내의 모든 범위를 포함한다.
예시적인 양태들의 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 본 발명은 양태들을 개시된 정확한 형태로 포괄적이게 하거나 제한하고자 하는 것이 아니다. 상기 교시에 비추어 많은 개질 및 변형이 가능하다. 개별적으로 또는 임의의 조합으로 적용될 수 있는 개시된 양태들의 임의의 또는 모든 특징적인 구성은 제한을 의미하지 않고 순전히 예시적이다. 본 발명의 범위는 이러한 상세한 설명으로 제한되는 것이 아니라 본원에 첨부된 청구범위에 의해 결정하고자 한다.

Claims (20)

  1. 전기 투석 장치 및 정삼투막(forward osmosis membrane)을 포함하는 시스템으로서,
    상기 전기 투석 장치가,
    염화 스트림(salinate stream)이 유동하는 염화 챔버;
    중앙의 이온 선택성 막(membrane)에 의해 상기 염화 챔버로부터 분리된 탈염화(desalinate) 챔버로서, 탈염화 스트림이 상기 탈염화 챔버를 통해 유동하는, 상기 탈염화 챔버; 및
    애놀라이트(anolyte) 챔버 및 캐쏠라이트(catholyte) 챔버로서, 상기 염화 챔버 및 탈염화 챔버의 대향 외부측들(opposite outer sides)에 있고, 제1 이온 교환 막 및 제2 이온 교환 막에 의해 상기 염화 챔버 및 상기 탈염화 챔버로부터 분리되고, 상기 애놀라이트 챔버와 캐쏠라이트 챔버 사이의 이온 수송이 상기 애놀라이트 챔버와 캐쏠라이트 챔버를 가로질러 인가되는 전압에 의해 유도되는 패러데이 반응(faradaic reaction)에 의해 구동되고, 상기 패러데이 반응은 상기 애놀라이트 챔버 및 상기 캐쏠라이트 챔버를 통해 유동하는 산화환원 캐리어 스트림(redox carrier stream)을 이용하는, 상기 애놀라이트 챔버 및 캐쏠라이트 챔버를 포함하고,
    상기 정삼투막은 제1 측에서 상기 염화 스트림과 접촉하고 제2 측에서 매질 유동물(media flow)과 접촉하고, 상기 정삼투막은 용매를 상기 매질 유동물로부터 상기 염화 스트림으로 이동시키는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 매질 유동물이 유체를 포함하는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 매질 유동물이 고체, 반고체, 또는 유체와 고체 또는 반고체의 혼합물을 포함하는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 산화환원 캐리어 스트림이 상기 애놀라이트 챔버로부터 상기 캐쏠라이트 챔버로 그리고 다시 반대로 순환하는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 염화 스트림 및 상기 탈염화 스트림 내의 상기 용매가 물을 포함하는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 염화 스트림 및 상기 탈염화 스트림이 염 용액을 포함하는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 염 용액이 NaCl, KCl, CaCl2, CaBr2, LiCl 또는 LiBr 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 탈염화 스트림이 재농축되어 상기 전기 투석 장치로 반송되는, 시스템.
  9. 염화 스트림을 염화 챔버를 통해 유동하게 하는 단계;
    탈염화 스트림을 탈염화 챔버를 통해 유동하게 하는 단계로서, 상기 탈염화 챔버는 중앙의 이온 선택성 막에 의해 상기 염화 챔버로부터 분리되는, 상기 유동 단계;
    애놀라이트 챔버 및 캐쏠라이트 챔버에 전압을 인가하는 단계로서, 상기 애놀라이트 챔버 및 캐쏠라이트 챔버는 상기 염화 챔버 및 탈염화 챔버의 대향 외부측들에 있고, 제1 이온 교환 막 및 제2 이온 교환 막에 의해 상기 염화 챔버 및 상기 탈염화 챔버로부터 분리되고, 상기 전압이 상기 애놀라이트 챔버와 캐쏠라이트 챔버 사이의 이온 수송을 유발하는 패러데이 반응을 유도하고, 상기 패러데이 반응은 상기 애놀라이트 챔버 및 상기 캐쏠라이트 챔버를 통해 유동하는 산화환원 캐리어 스트림을 이용하는, 상기 전압 인가 단계;
    상기 염화 스트림이 정삼투막의 제1 측을 가로질러 유동하게 하는 단계; 및
    매질 유동물이 상기 정삼투막의 제2 측과 접촉하게 하여, 상기 정삼투막이 용매를 상기 매질 유동물로부터 상기 염화 스트림으로 이동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 매질 유동물이 유체를 포함하는, 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 매질 유동물이 고체, 반고체, 또는 유체와 고체 또는 반고체의 혼합물을 포함하는, 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 산화환원 캐리어 스트림이 상기 애놀라이트 챔버로부터 상기 캐쏠라이트 챔버로 그리고 다시 반대로 순환하는, 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 염화 스트림 및 상기 탈염화 스트림 내의 상기 용매가 물을 포함하는, 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 염화 스트림 및 상기 탈염화 스트림이 염 용액을 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 염 용액이 NaCl, KCl, CaCl2, CaBr2, LiCl 또는 LiBr 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  16. 제9항에 있어서, 상기 탈염화 스트림을 재농축하고 상기 재농축된 탈염화 스트림을 상기 염화 챔버 및 탈염화 챔버 중 하나 이상의 챔버로 반송하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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