KR20080068714A - 물 정화 방법 및 양극성 층 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

용해된 물질을 함유하는 공급수에 관련된 물 처리 방법 및 장치는 적어도 하나의 처리 표면을 제공한다. 전기장은 물분자들의 수화층 이 급수내에 형성되도록 양극성 특성에 기인하여 처리 표면에 인접한 부분에서 생성된다. 이러한 추출은 삼투에 의해 또는 그 위의 수화층 물을 갖는 상태로 공급수로부터 요소를 제거함으로써 이루어질 수 있고, 삼투에 의해 또는 그 위의 수화층 물을 갖는 상태로 공급수로부터 요소를 제거함으로써 이루어질 수 있고, 탈수층 물은 실질적으로 요소로부터 추출된다. 본 방법은 해수로부터 음용수를 공급하는 목적에 있어 에너지 소모를 줄이기 위해 안출된 것이다.

Description

물 정화 방법 및 양극성 층 발생 장치{WATER PURIFICATION METHOD AND APPARATUS INVOLVING GENERATION OF BIPOLAR LAYER}
본 발명은 물을 정화처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 해수를 탈염할 목적의 이러한 처리에 있어서 에너지 소모를 감소시키고, 음용수(portable water)를 제공하기 위하여 안출되었다.
세계의 여러 곳에서, 음용수에 대한 요구가 만족될 수 있는 유일한 방식은 해수를 탈염하는 것이며, 어떠한 다른 실용적인 수자원이 없다. 불행히도, 공지된 탈염 기술은 다량의 에너지를 소모하고, 세계의 에너지 소비 문제를 악화시킨다.
이론적으로 두 주요한 공지 탈염 기술들이 있다. 첫 번째는, 소금기를 갖는 공급수를 가열하여, 증기를 생성하고, 그리고 증기를 응축하여 요구되는 품질의 물을 제공하는 증류법이다. 전형적으로, 매 100 갤론의 해수를 이용하면, 15 내지 50 갤론의 맑은 물이 얻어지게 되고, 나머지는 원래의 해수보다 다량의 녹은 고형물들을 포함하는 폐염수가 된다. 이러한 폐염수는 바다로 배출된다.
탈염에 이용되는 또 다른 기술은, 역삼투 방식으로, 여기서는 흡입 해수가 반투과성 막의 일측으로 공급되고, 이 해수에 고압력을 인가한다. 소금 분자는 막을 통과할 수 없지만 물은 가능하여서, 해수로부터 나온 막의 타측의 물은 사용가 능한 생산물이 된다.
탈염 기술과 같이, 증류와 관련된 에너지 소모는 높으나 역삼투압이 기능을 하는데 요구되는 압력이 매우 높아서 이 기술 역시 높은 에너지를 소모한다는 점이 자명하다. 따라서, 본 발명의 목적은 에너지 소모를 낮추는 방식으로 물을 정화하는 방법, 예를 들면 탈염하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 용해된 물질을 함유하는 공급수로부터 비교적 정화된 물을 제공하기 위한 물 처리 방법으로서, 물 분자들의 수화 층이 급수 내에 형성되도록 하는 전기장을 생성하는 단계 및 수화 층으로부터 물을 추출하는 단계를 포함하는 물 처리방법을 제공한다.
바람직하게는 이 방법은, 적어도 하나의 처리 표면으로 공급수를 전달하는 단계; 이 표면(들)의 부근에 수화 층이 형성되도록 하는 전기장을 생성하는 단계; 및 이 표면(들)의 부근으로부터 수화 층 물을 추출하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명은 용해된 물질을 함유하는 공급수로부터 상대적으로 정화된 물을 제공하기 위한 물 처리 장치로서, 공급수 내에 수화층이 형성되도록 하는 전기장을 공급수 내에 생성하기 위한 수단, 및 수화 층으로부터 물을 추출하기 위한 수단을 포함하는 물 처리 장치를 제공한다.
본 발명에는 적어도 하나의 처리 표면으로 공급수를 전달하는 수단; 이 처리 표면의 부근에 전기장을 생성하기 위한 수단; 및 이 표면의 부근으로부터 수화 층 물을 추출하기 위한 수단이 존재할 수 있다.
본 발명은, 전기장을 받게될 때, 예를 들면 전하를 갖는 표면에 인접한, 물 분자들이 전기장에 따라 배향되고 극성 분자가 되어, 물 분자 내 수소 결합 네트워크의 구조가 변하게 되는 원리를 이용한다. 대전된 입자들의 주변에, 배향된 물 분자들의 얇은 층을 포함하는 수화 껍질(hydration shell)이 형성된다. 이 층의 두께는, 분자에 관한, 전하의 크기에 의존한다. 수화 층에서, 물 분자들은 다른 분자들 및 이온들을 배제한다. 따라서, 비록 수화 층이 얇고 단지 몇개 분자들의 두께를 가질지라도(두께는 표면의 전기장의 강도에 의존함), 수화 층의 물은 실질적으로 순수한 물이고, 이 순수한 물은, 수화층이 존재하지 않는 경우보다 추출에 훨씬 적은 양의 에너지를 소모하면서 이용을 위해 추출될 수 있다. 비록 전기장을 형성하는데 다소의 에너지가 소모되지만, 전체적인 결과로 볼 때 에너지 소모가 감소한다.
전기장이 생성되는 부근의 처리 표면 또는 표면들은 반투과 막을 포함할 수 있고, 또한 그 부근의 수화 층으로부터의 물은 이 막을 통해 수화 층 물의 삼투성 흐름을 발생시키도록 공급수에 압력을 인가시킴으로써 추출할 수 있다.
그 다음, 공급수로부터 막의 타측 면상에 있는 물은 막을 통과하며 실질적으로 정화, 예를 들면 탈염된다.
수화 껍질로부터 물의 추출이 삼투현상에 의해 이루어질 때, 이러한 삼투현상을 발생시키기 위해 요구되는 압력은 종래에 역삼투에 의한 탈염에 요구되는 압력보다 실질적으로 적다. 따라서, 탈염 공정에서의 에너지 소모는 현저하게 감소 될 수 있다.
처리 표면의 전기장은 전하를 처리 표면 또는 처리 표면에 인접한 전극에 인가함으로써 생성될 수 있다. 전하는 간격(제로 신호의)에 의해 이격된 네모난 모양의 파를 포함하는 구형파(square wave) 신호로서 인가될 수 있다.
표면의 부근에서 전기장을 생성하기 위해 이러한 파형 형태를 이용하는 것의 장점은, 펄스 동안 전기장이 신속하게 인가되고 수화 층이 형성된다는 것이다(비록, 짧지만 유한 시간이 소요된다). 펄스들간의 간격 동안에는, 수화 층이 해제되고 압력하에서 막을 거쳐 통과할 수 있다.
수화층이 막을 통과하게 함으로써, 수화층 물을 추출하는 대안으로, 물의 공급에 관련하여 이동 가능한 구성요소 및 수화층 물을 갖는 공급수로부터 수화층 물이 구성요소로부터 제거될 수 있는 위치로 물러날 수 있는 구성요소의 일부 상에 적어도 하나의 처리 표면을 제공함으로써 물을 추출할 수 있다.
구성요소의 회전에 의해 수화층 물이 공급수 위로 수화층 물이 구성요소로부터 추출될 수 있는 위치로 들어올려질 수 있도록, 이 구성요소는 회전 가능하고, 공급수 내에 함침된 둘레 부분과 공급수 상부에 연장된 부분을 가질 수 있다.
이러한 회전가능한 구성요소는, 그 위에 수화 층을 수립하도록 대전되고 수 있고 수화 층을 해제할 수 있도록 방전될 수 있는 표면을 가질 수 있다. 회전 가능한 구성요소는 공급수 내부의 위치에 있는 롤러의 표면을 대전시키기 위한 내부 대전 전극과, 공급수 수준 위의 위치에 있는 방전 전극을 갖는 중공 롤러 형태일 수 있으며, 여기서 표면상의 수화층 물이 추출된다.
다른 실시예에서, 처리 표면은 공급수 내부에서 이동가능하고, 차후에 구성요소로부터 제거되는 수화층 물을 간직한 채 그로부터 제거될 수 있는 복수의 구별되는 구성요소들에 의해 제공될 수 있다.
그러한 구성요소들은, 공급수에 도입되고 제거될 때, 각각 전하가 인가되고 방전되게 할 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 또한 구성요소들은 공급수로부터 구성요소의 제거가 자기적 제거 구성요소에 의해 이루어질 수 있도록 하는 자기적 성질을 가진다.
본 발명은 이하의 첨부한 도면을 참조한 예를 들어 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치의 제1구현예를 나타낸 투시도이다.
도 2는 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치의 제2구현예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명을 수행하기 위한 장치의 제3구현예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 장치에서 사용하기 위한 요소에 대한 단면도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 이것은 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예를 나타낸 것이다. 이 장치는 엔드캡(11, 12)을 갖는 중공 원통형 케이싱(10)을 포함하고, 이 엔드캡들은 플랜지가 형성된 압력-조임 조인트(13, 14)로 볼트체결되어 케이싱(10)에 각각 연결된다. 이 엔드캡(11, 12)들은 각각 파이프(15,16)들을 갖고, 그들의 하나는 처리 장치로 공급수를 도입하기 위한 것이고 다른 하나는 그것을 배출하기 위한 것이다. 케이싱(10)의 단부들에는 튜브 판(17, 18)들이 제공되고, 이 두 판들 사이에는 그들의 내부 및 외부 표면 사이에서 역삼투를 허용하는 반투과성 막과 관련된 다수의 튜브형 처리 구성요소들(20)이 연장된다. 일반적으로 그것의 중간 영역에서, 케이싱(10)은, 튜브판(17,18)들 사이에, 튜브들(20)을 둘러싸는 공간과 소통하는 배출 파이프(21)를 갖는다.
각각의 튜브(20)들 내부에는, 그것의 내부 표면에 매우 인접하여 배치된 헬리컬 와이어 전극이 배치되며, (22)로 표시된다.
사용에 있어서, 공급수, 예를 들면 해수가 파이프(15, 16)의 하나를 통해 도입되고, 타측의 파이프(15,16)를 통해 방출되기 위하여 튜브형 구성요소(20)들을 통해 통과한다. 그 사이에 간격을 갖는 정사각 형태의 펄스를 포함하는 정사각-파형 전압이 전극들(22)에 인가된다. 이러한 펄스들의 동안에, 수화 층들이 구성요소들(20)의 내부 표면에 인접한 전극 상에 형성된다. 정사각-파형의 펄스들의 사이의 간격에 있어서, 순수한 수화 층 물이 방출되어, 구성요소(20)의 막들을 통해 통과할 수 있게 된다. 수화 층 물의 삼투 이동이 효과적으로 생성할 수 있도록 공급수 내에 충분한 압력이 가해진다. 구성요소(20)들의 막들을 통해 통과하면, 정화된 수화 층 물은 파이프(21)를 통해 배출된다. 당연히, 이 장치로부터 배출된 공급수는 장치로 도입된 것보다 염분 함유량이 높다.
가능한 대안에서, 전극들(22)은 튜브형 구성요소들(20)의 내부표면에 다공성 전도층을 제공함으로써 대체될 수 있으며, 이에 의해 수화 층은, 나선형 전극 들(22)를 갖는 경우의 그것의 부근 가까이 보다는, 구성요소(20)의 내부 표면에 형성되게 된다. 수화 층을 형성할 수 있는 가능한 넓은 표면적을 제공하는 다공성 전도 층은, 전도성 오픈-셀 거품의 재질에 의해 제공될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명을 수행하기 위한 대안의 장치에 있어서, 처리될 공급수, 예를 들면 해수를 함유하는 용기(31) 내의 중공 원통형 처리 요소(30)를 나타낸다. 이 요소(30)는 (32)로 표시된 중앙 세로축을 중심으로 화살표(33)의 방향으로 회전가능하고, 요소(30) 표면의 부호(34)로 표시된 부분은 용기(31) 내의 공급수의 정상 수준(35) 상부로 연장된다는 점을 주목해야한다.
구성요소(30) 내에는 대전 전극(36) 및 방전 전극(37)이 배치되고, 구성요소(30)는, 전극(36)에 의해 전기적으로 대전될 수 있고 전극(37)에 의해 방전될 때까지 그것의 외부 표면상의 그러한 대전에 의해 발생한 전기장을 유지할 수 있도록 하는 재질로 이루어진다. 사실상 전극들(36, 37)은, 전기장이 형성되도록 요소(30)의 표면에 용량적으로 결합된다.
방전 전극(37)의 인접에는, 신선한 물 배출 도관(38)이 요소(30)의 외부 표면에 접촉하고 있다.
사용에 있어서, 요소(30)가 화살표(33)의 방향으로 회전하는 상태에서, 대전 전극(36)에 의해 그 위에 형성된 전하는 그것의 외부 표면에 형성될 순수한 물의 수화 층(40)을 생성시키고, 요소(30)의 회전은 공급수의 표면(35) 위쪽으로 하여 방전 전극(37)의 인접으로 이 물의 층의 이동을 생성시킨다. 이 요소 상의 전기장이 방전 전극(37)에 의해 영으로 감소되면, 수화 층 물은 요구되는 곳 어디라도 전 달하기 위한 순수한 물 도관(38) 내로 자유롭게 흐르게 된다.
도 3 및 4를 참조하면, 공급수, 예를 들면 해수를 포함하는 용기, 예를 들면 도관(50)을 보여준다. 장치는 도 4에 도시된 바와 같은 많은 수의 처리 요소들로 구성되고, 각각은 자화될 수 있는 페라이트 코어(51)를 포함하고 또한 전기장을 유지하기 위해 전기적으로 대전된다. 코어(51)는, 충분한 부력 요소를 부여하는 전도성 물질(52)로 코팅되어 있어서, 이 공급수 내에서 떠오른다. 이러한 요소는 음전하로 대전되면, 물의 수화 층(53)에 의해 둘러싸여진다.
도 3은 용기(15)의 바닥 내에 제공되고, 도 4에 도시된 바와 같은 요소들을, 그 둘레의 3/4이 자화되는 회전가능한 대전 전극(56)으로 연속적으로 전달하는 공급 스크류(55)를 도시하고 있다. 요소들은 전극으로 모여져서 전기적으로 대전되고, 전극(56)이 회전함에 따라서 그것의 자기장이 스위치 오프되고 대전된 요소들은 소금물 내로 풀려난다. 요소들은 용기(50)의 위쪽을 향해 흘러가고, 대전 전극의 구조와 유사한 수집 롤러(57)에 의해 모여진다. 처리 요소들이 공급 스크류(55)에 의해 (60)으로 전달되면, 방전 전극(58)은 요소들로부터 전기장을 방전하고, 순수한 물을 물 배출 도관(59) 내로 흐를 수 있게 풀어놓는다.
본 명세서 및 청구범위들에서 사용된 용어인, "포함한다(comprises)"와 "이루어지는(comprising)" 및 이들의 다양한 형태는, 상술한 형태, 단계 또는 완전한 형태(integers)를 포함하는 것이다. 이러한 용어들은 다른 형태, 단계 또는 구성 요소들의 존재를 배제하기 위한 것으로 설명되는 것은 아니다.
앞서 설명에서 개시된 형태들 또는 이하의 청구범위 또는 첨부한 도면들은, 특정 형태로 또한 개시된 결과를 달성하기 위한 형태 또는 방법 또는 처리를 수행하기 위한 의미를 갖는 용어로 적절히 설명되었으나, 개별적으로 또는 특정 형태들의 모든 조합이 본 발명을 다양한 형태로 실현하기 위하여 이용될 수 있다.

Claims (23)

  1. 용해된 물질을 함유하는 공급수로부터 비교적 정화된 물을 제공하기 위한 물 처리 방법으로서, 물 분자들의 수화 층이 급수 내에 형성되도록 하는 전기장을 생성하는 단계; 및 수화 층으로부터 물을 추출하는 단계를 포함하는 물 처리방법
  2. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 처리 표면으로 공급수를 전달하는 단계; 상기 표면의 부근에 수화 층이 형성되도록 하는 전기장을 생성하는 단계; 및 상기 표면의 부근으로부터 수화 층 물을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 처리 표면은, 전기장이 형성된 부분에서 또는 그에 인접한 부분에서, 반투성 막을 포함하고, 또한 그 부근내의 수화 층으로부터의 물은 공급물에 압력을 인가시켜, 이 막을 통해 수화 층 물의 삼투 흐름을 생성시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 처리 표면에서의 전기장은, 전하를 처리 표면 또는 처리 표면에 인접한 전극에 인가함으로써 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전하는 간격에 의해 이격된 네모난 모양의 파를 포 함하는 구형파 신호로서 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 처리 표면은, 물의 공급에 관련하여 이동 가능한 구성요소 및 수화층 물을 갖는 공급수로부터 수화층 물이 구성요소로부터 제거될 수 있는 위치로 물러날 수 있는 구성요소의 일부 상에 적어도 하나의 처리 표면을 제공함으로써 물을 추출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 구성요소의 회전에 의해 수화층 물이 공급수 위로 수화층 물이 구성요소로부터 추출될 수 있는 위치로 들어올려질 수 있도록, 회전 가능하고, 공급수 내에 함침된 둘레 부분과 공급수 상부에 연장된 부분을 갖는 회전 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 처리표면은 상기 공급수 내부에서 이동가능하고, 차후에 구성요소로부터 제거되는 수화층 물을 간직한 채 그로부터 제거될 수 있는 복수의 구별되는 구성요소를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 용해된 물질을 함유하는 공급수로부터 상대적으로 정화된 물을 제공하기 위한 물 처리 장치로서, 공급수 내에 수화층이 형성되도록 하는 전기장을 공급수 내에 생성하기 위한 수단, 및 수화 층으로부터 물을 추출하기 위한 수단을 포함하는 물 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 적어도 하나의 처리 표면으로 공급수를 전달하는 수단; 이 처리 표면의 부근에 전기장을 생성하기 위한 수단; 및 이 표면의 부근으로부터 수화 층 물을 추출하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 적어도 하나의 처리 표면은 반투과성 막을 포함하고, 상기 막을 통해 수화 층 물의 삼투 흐름을 유발하기 위해 상기 공급수에 압력을 가하는 수단을 포함하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 반투과성 막은 전기장을 생성시키기 위해 전하를 적용하는 전기적 전도성 요소를 갖는 장치
  13. 제 11 항에 있어서, 그것에 인접한 부분에서 전기장을 최대로 생성시키기 위해 반투과성 막에 인접한 전극을 포함하는 장치.
  14. 제 12 또는 13항에 있어서, 막 또는 전극에 구형파 전기적 신호를 인가하기 위한 수단을 포함하는 장치.
  15. 제 10 항에 있어서, 물의 공급에 관련하여 이동 가능한 구성요소 및 수화층 물을 갖는 공급수로부터 수화층 물이 구성요소로부터 제거될 수 있는 위치로 물러 날 수 있는 구성요소의 일부 상에 적어도 하나의 처리 표면을 제공함으로써 물을 추출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 요소는 회전가능하고, 공급수 내에 잠겨지고 둘러싼 부분과 공급수 상부에 연장된 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 회전요소는 그 위에 수화 층을 형성할 수 있고 수화 층을 해제할 수 있도록 전기적으로 대전될 수 있는 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 회전요소는 중공 롤러를 포함하며, 상기 롤러는 공급수 내부의 위치에서 롤러의 표면을 대전시키기 위한 내부 대전 전극과, 그것의 표면상에 수화 층이 추출되는 공급수의 레벨을 초과하는 위치에서 방전 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 처리표면은 공급수 내부에서 이동가능한 복수의 분별력있는 요소들에 의해 공급될 수 있고, 실질적으로 상기 요소들로부터 제거되는 수화 층 물을 품고 있는 것으로부터 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 요소는 공급수가 도입되고 제거될 때, 전기 전하가 거기에 인가될 수 있고 거기로부터 방전될 수 있는 재질인 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 요소는 자기적 특성을 가질 수 있고, 공급수로부터 그것의 제거에 영향을 주는 자기적 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 본 명세서에서 참조로서 설명되고 또는 첨부한 도면에 도시된 바와 같은, 물을 처리하기 위한 방법 또는 장치.
  23. 본 명세서에서 참조로서 설명되고 및/또는 첨부한 도면에 도시된 바와 같은 어떠한 새로운 특징 또는 특징들의 결합.
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