KR20160038290A - Flow-electrode device with electrode regeneration by short circuit and capacitive deionization device - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method of regenerating ion adsorption capacity by short circuit of a flow cathode and a flow anode, and a desalination device applying the same. The desalination device can continuously perform desalination process while consuming little amount of electrode by simultaneously regenerating flow electrodes with desalination process. According to the present invention, the area and costs required for installing a desalination device can be remarkably reduced by integrating a supply line and a recovery line of the flow cathode and flow anode. Therefore, the desalination device of the present invention can reduce costs required to regenerate electrodes and can reduce the amount of flow electrodes consumed for desalination process.

Description

전기적 단락에 의한 전극재생이 가능한 흐름전극장치와 이를 이용한 축전식 탈염장치{Flow-electrode device with electrode regeneration by short circuit and capacitive deionization device} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a flow electrode device capable of regenerating an electrode by an electrical short circuit, and a capacitive de-ionization device using the flow electrode device.

본 발명은 전기적 단락에 의한 전극재생이 가능한 흐름전극장치와 이를 이용한 축전식 탈염장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양이온으로 충전된 흐름전극과 음이온으로 충전된 흐름전극의 통합 및 단락에 의하여 전극을 재생할 수 있는 흐름전극장치와, 이를 이용하여 염수를 탈염하는 축전식 탈염장치의 연속 운용 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a flow electrode device capable of regenerating an electrode by an electrical short circuit and a capacitive desalination device using the flow electrode device. More particularly, the present invention relates to a flow electrode device capable of regenerating an electrode by electrical shorting, And a continuous operation method of a storage and desalination apparatus for desalinating salt water using the same.

최근 에너지 저장 분야에서 대용량 에너지저장을 목적으로 전기화학 흐름 커패시터(electrochemical flow capacitor, EFC)라는 이름으로 흐름전극에 대한 연구가 각광 받고 있다. Recently, researches on flow electrodes under the name of electrochemical flow capacitors (EFC) have been attracting attention for the purpose of mass storage of energy in the field of energy storage.

또한, 정수 또는 폐수처리, 해수담수화와 같은 수처리 분야에서 기존의 증발법이나 역삼투압(RO)법에 비해 매우 낮은 에너지 비용만으로 수처리가 가능한 전기화학적 공정, 즉 축전식 탈염(Capacitive Deionization: CDI) 공정 연구되고 있고, 최근에는 연속공정 및 대용량화가 용이한 신기술인 흐름전극을 이용한 축전식 탈염(Flow electrode Capacitive Deionization: FCDI) 공정이 개발 진행 중이다.In the field of water treatment such as water treatment or wastewater treatment and seawater desalination, an electrochemical process capable of water treatment at a very low energy cost compared to the conventional evaporation method or reverse osmosis (RO) method, namely, a capacitive deionization (CDI) Recently, a flow electrode capacitive deionization (FCDI) process using a flow electrode, a new technology that facilitates continuous process and large capacity, is under development.

상기 EFC는 외부 전원에 의해 분리막을 사이에 둔 양측 흐름전극 간의 이온이동 및 저장이 발생하고 이를 통해 에너지를 저장하는 개념으로, 외부전원에 의해 분리막을 사이의 염수의 이온이 양측 흐름전극으로 이동하여 탈염이 되는 FCDI와 비슷한 개념을 갖고 있다.The EFC is a concept in which ions move and store between the flow electrodes disposed on both sides of the separator by an external power source and stores energy through the electrode. The ions of the saline water between the separators are moved to both flow electrodes by an external power source It has a similar concept to FCDI which is desalted.

특히, 상기 FCDI는 흡착된 이온을 별도의 용기에 저장하여 에너지를 저장할 수 있기 때문에 탈염뿐만 아니라 에너지 저장 분야에 활용 가능한 기술로 평가되고 있다.In particular, since FCDI can store energy by storing adsorbed ions in a separate container, it is evaluated as a technology applicable not only to desalination but also to an energy storage field.

상기 특성으로, 본 발명자들은 흐름전극장치(한국특허 제10-1233295호)를 출원한 바 있고, 이를 발전(한국특허 제10-1318331호), 에너지 저장(한국특허 제10-1210525호), 수처리(한국특허 제10-1221562호) 등에 사용한 바 있다.In view of the above characteristics, the present inventors have filed for a flow electrode device (Korean Patent No. 10-1233295), and have developed it (Korean Patent No. 10-1318331), Energy Storage (Korean Patent No. 10-1210525) (Korean Patent No. 10-1221562).

상기 흐름전극장치를 이용한 탈염방법으로는 이온이 포화된 흐름전극의 배출이 필요하고, 염수 처리 용량을 증대시키기 위해서는 흐름전극이 공급되는 양이 증가한다는 문제점이 있다.
In the desalination method using the flow electrode device, it is necessary to discharge the flow electrode in which ions are saturated, and the amount of the flow electrode is increased in order to increase the salt water treatment capacity.

한국특허 제10-1233295호Korean Patent No. 10-1233295 한국특허 제10-1318331호Korean Patent No. 10-1318331 한국특허 제10-1210525호Korean Patent No. 10-1210525 한국특허 제10-1221562호Korean Patent No. 10-1221562

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 흐름양극과 흐름음극의 통합에 의한 전기적 단락을 이용한 전극재생방법 및 이를 이용한 효율적이고 경제적인 탈염 공정을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electrode recycling method using an electrical short circuit by integrating a flow anode and a flow cathode, and an efficient and economical desalination process using the same.

또, 흐름양극과 흐름음극의 통합으로 저장 용기를 하나로 합하여 양쪽 흐름전극의 지속적인 재생을 통해 전극 사용량을 간단히 줄일 수 있고 전극제조비용 과 흐름전극장치 시스템의 점유 공간을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
In addition, by integrating the flow anode and the flow cathode, it is possible to simply reduce the electrode usage through continuous regeneration of both flow electrodes by combining the storage vessels, and drastically reduce the electrode manufacturing cost and the space occupied by the flow electrode system.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유동하는 전극활물질을 가지는 흐름전극이 흐르는 흐름양극유로 및 흐름음극유로와, 상기 흐름양극유로 및 상기 흐름음극유로의 사이를 흐르는 전해질이 이동하는 전해질유로를 가지고, 상기 전해질과 상기 흐름양극 사이에는 음이온이 이동가능하며, 상기 전해질과 상기 흐름음극 사이에는 양이온이 이동가능하며, 상기 흐름양극유로를 통과한 흐름전극과 상기 흐름음극유로를 통과한 흐름전극은 합쳐져 다시 상기 흐름양극유로 및 상기 흐름음극유로에 유입되는 것을 특징으로 하는 흐름전극장치이다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrolytic cell including: a flow cathode flow channel and a flow cathode flow channel through which a flow electrode having a flowing electrode active material flows; and an electrolyte flow channel through which an electrolyte flowing between the flow anode flow channel and the flow cathode flow channel flows A negative electrode is movable between the electrolyte and the flow anode, positive ions are movable between the electrolyte and the flow cathode, and a flow electrode through the flow anode channel and a flow electrode through the flow cathode passage, And then flows into the flow channel and the flow cathode flow channel again.

즉, 상기 흐름전극이 흐름전극장치에 공급될 때에는 하나의 저장용기를 통해 상기 흐름양극유로와 상기 흐름음극유로로 공급되며 상기 흐름양극유로와 상기 흐름음극유로를 통과한 흐름양극과 흐름음극은 다시 흐름전극 저장용기로 보내져 폐순환 흐름으로 작동하는 것이 본 발명의 주요한 특징이다.That is, when the flow electrode is supplied to the flow electrode device, the flow anode and the flow cathode, which are supplied to the flow cathode flow path and the flow cathode flow path through one storage vessel and which have passed through the flow cathode flow path and the flow cathode flow path, It is a major feature of the present invention that it is sent to the flow electrode storage vessel to operate in a closed loop flow.

본 발명에서 흐름전극은 흐름양극과 흐름음극을 합한 것으로 정의한다. 상기 흐름전극은 전극활물질과 유동액의 혼합물이다. 흐름전극에 사용되는 유동액은 수용성 전해질 또는 유기성 전해질을 사용하는 것이 가능하다. 특히, 상기 유동액으로 담수 또는 염수를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 상기 흐름음극유로를 통과하여 양이온을 흡착한 흐름전극은 흐름음극이며 상기 흐름양극유로를 통과하여 음이온을 흡착한 흐름전극은 흐름양극이다.In the present invention, the flow electrode is defined as the sum of the flow anode and the flow cathode. The flow electrode is a mixture of an electrode active material and a fluid. It is possible to use a water-soluble electrolyte or an organic electrolyte as the fluid used for the flow electrode. Particularly, it is possible to use fresh water or brine as the fluid. Also, the flow electrode through which the positive ions are adsorbed by passing through the flow cathode flow path is a flow cathode, and the flow electrode through which the anion is adsorbed through the flow anode flow path is a flow anode.

또 다른 발명은 하나 이상의 흐름전극장치; 상기 흐름양극유로를 통과한 흐름전극과 상기 흐름음극유로를 통과한 흐름음극이 합쳐져서 유입되며, 다시 상기 흐름양극유로 및 상기 흐름음극유로에 흐름전극을 공급하는 흐름전극 공급부; 상기 흐름전극장치에 전해질을 공급하는 전해질 공급부; 및 상기 흐름전극장치에 전력을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 축전식 탈염장치이다. 또, 여기에 추가적으로 상기 흐름전극의 염분농도를 측정하여 분취하는 전극재생제어부; 상기 분취한 흐름전극으로부터 농축 유동액을 분리 및 배출하는 유동액분리부; 및 상기 유동액이 분리된 흐름전극에 상대적으로 농도가 낮은 유동액을 추가하여 상기 흐름전극공급부 또는 흐름전극장치로 재생된 흐름전극을 재공급하는 흐름전극 재생부를 더 포함할 수 있다.Still another invention is a method of manufacturing a semiconductor device comprising: at least one flow electrode device; A flow electrode supply unit for supplying a flow electrode to the flow cathode flow path and the flow cathode flow channel again by flowing together the flow electrode passing through the flow anode flow path and the flow anode passing through the flow cathode flow path; An electrolyte supply unit for supplying an electrolyte to the flow electrode device; And a power supply for supplying power to the flow electrode device. In addition, an electrode regeneration control unit further measures and collects the salt concentration of the flow electrode; A fluid-liquid separator for separating and discharging the concentrated fluid from the separated flow electrodes; And a flow electrode regeneration unit for regenerating the flow electrode regenerated by the flow electrode supply unit or the flow electrode device by adding a fluid having a relatively low concentration to the flow electrode from which the fluid is separated.

상기 축전식 탈염장치에서 탈염공정으로 음이온을 흡착한 흐름양극과 양이온을 흡착한 흐름음극이 흐름전극 저장용기에서 합쳐져 전극활물질들의 접촉에 의해 전기적인 단락이 발생하여 흡착된 양이온들과 음이온들이 미세공에서 빠져나와 흐름전극의 유동액에서 농축될 수 있다. 이 결과, 상기 흐름전극의 흡착용량이 간단히 회복되고 다시 흐름전극장치로 공급되어 연속 탈염운전이 가능하다. 다만 상기 유동액의 농도가 지나치게 높아질 경우 탈염성능이 하락할 수 있으므로, 상기 농축 유동액을 흐름전극으로부터 분리하여 신규 유동액으로 교체하는 것만으로 간단히 흐름전극의 재생이 가능하다.The flow anode having adsorbed anions and the flow cathodes adsorbing cations are combined in the flow electrode storage vessel by the desalination process in the above-mentioned storage type desalination apparatus, so that electrical short-circuiting occurs due to contact of the electrode active materials, and adsorbed cations and anions And can be concentrated in the flowing liquid of the flow electrode. As a result, the adsorption capacity of the flow electrode is easily recovered and supplied again to the flow electrode device, thereby enabling continuous desalination operation. However, if the concentration of the fluid is excessively high, the desalination performance may deteriorate. Therefore, it is possible to regenerate the flow electrode simply by separating the concentrated fluid from the flow electrode and replacing it with a new fluid.

상기 흐름전극의 유동액을 교체하는 것은, 염분농도가 미리 정해진 농도 이상이거나, 미리 정해진 시간 간격으로 상기 흐름전극의 일부 또는 전체가 상기 흐름전극장치를 흐르는 흐름전극보다 상대적으로 농도가 낮은 흐름전극으로 교체시킬 수 있다.Replacing the flowing liquid of the flow electrode may be performed in such a manner that the salt concentration is equal to or higher than a predetermined concentration or a part or all of the flow electrode is flowed to a flow electrode having a relatively lower concentration than the flow electrode flowing in the flow electrode device at predetermined time intervals Can be replaced.

또 다른 발명은, 상술한 축전식 탈염장치; 상기 축전식 탈염장치의 흐름양극유로로부터 공급되는 흐름양극이 흐르는 흐름양극유로와, 상기 축전식 탈염장치의 흐름음극유로로부터 공급되는 흐름음극이 흐르는 흐름음극유로와, 상기 흐름양극유로 및 상기 흐름음극유로의 사이를 흐르는 전해질이 이동하는 전해질유로를 가지도록 상기 축전식 탈염장치의 후단에 배치되는 회수측 흐름전극장치; 및 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름양극유로와 흐름음극유로에 연결되어 발생되는 전류가 유입되는 전력장치를 포함하고, 상기 회수측 흐름전극장치를 통과한 흐름양극 및 흐름음극은 상기 축전식 탈염장치의 상기 흐름전극 공급부로 유입되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장회수장치이다.Another invention is the above-described capacitative desalination apparatus; A flow cathode flow passage through which the flow cathode supplied from the flow anodic channel of the storage and desorption device flows, a flow cathode flow passage through which the flow cathode supplied from the flow cathodic flow passage of the storage and desorption device flows, A recovering side flow electrode device disposed at a rear end of the accumulation type desalination device so that an electrolyte flowing between the flow paths has an electrolyte flow path; And a power device connected to the flow anode flow path and the flow cathode flow path of the collection side flow electrode device, wherein the flow anode and the flow cathode having passed through the collection side flow electrode device are connected to the storage desalination device To the flow-electrode-supply unit.

상기 전력장치는 회수측 흐름전극장치에서 발생되는 전기 에너지를 이용할 수 있는 모든 장치를 의미한다. 즉, 전력장치는 커패시터, 배터리 같은 전력 저장장치가 될 수 있고, 선풍기, 전등 등의 전기를 이용하는 장치가 될 수 있으며, 인버터 등의 전기변환장치가 될 수도 있다.The power device refers to any device that can utilize the electric energy generated in the return side flow electrode device. That is, the power device may be a power storage device such as a capacitor or a battery, a device using electricity such as an electric fan or a lamp, or may be an electric conversion device such as an inverter.

상기 축전식 탈염장치의 흐름양극유로와 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름양극유로 사이에는 흐름양극 제어부가 배치되고, 상기 축전식 탈염장치의 흐름음극유로와 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름음극유로 사이에는 흐름음극 제어부가 배치되고, 상기 흐름양극제어부와 상기 흐름음극제어부는 상기 흐름전극 공급부와 연결되며, 상기 흐름양극제어부는 상기 축전식 탈염장치의 흐름양극유로로부터 공급되는 흐름양극을 상기 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름양극유로와 상기 흐름전극 공급부에 각각 공급되는 양을 조절하고, 상기 흐름음극제어부는 상기 축전식 탈염장치의 흐름음극유로로부터 공급되는 흐름음극을 상기 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름음극유로와 상기 흐름전극 공급부에 각각 공급되는 양을 조절하는 것을 특징으로 한다.Wherein a flow anode control unit is disposed between the flow anodic flow path of the storage and desorption apparatus and the flow anodic flow path of the recovering side flow electrode apparatus, and between the flow cathodic flow path of the storage desalination apparatus and the flow cathode flow path of the collection- Wherein the flow anode control unit and the flow cathode control unit are connected to the flow electrode supply unit and the flow anode control unit controls the flow anode supplied from the flow anodic channel of the storage desalination unit to the recovery side And the flow cathode control unit controls the amount of the flow cathode supplied from the flow cathode flow path of the storage and desorption apparatus to the flow of the flow- And the amount of each supplied to the cathode flow path and the flow electrode supply portion is controlled.

또, 상기 축전식 탈염장치의 흐름양극유로와 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름양극유로 사이에는 흐름양극 저장부가 배치되고, 상기 축전식 탈염장치의 흐름음극유로와 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름음극유로 사이에는 흐름음극 저장부가 배치되는 것을 특징으로 한다.
In addition, a flow anode storage portion is disposed between the flow anodic flow path of the storage and desorption device and the flow anodic flow path of the collection-side flow electrode device, and the flow cathode flow path of the storage- And a flow cathode storage portion is disposed between the flow paths.

흐름전극을 이용한 축전식 탈염에 의한 정수, 폐수처리, 담수화 등의 작업에서 소모되는 흐름전극의 재생을 손쉽게 할 수 있고, 동일한 시간동안 소모되는 흐름전극의 양을 획기적으로 감소시킬 수 있고, 흐름양극과 흐름음극의 공급 및 저장을 통합하여 설치공간을 크게 감소시킬 수 있다.
It is possible to easily regenerate the flow electrode consumed in operations such as water purification, wastewater treatment, desalination and the like by the electrochemical desalination using the flow electrode, the amount of the flow electrode consumed for the same time can be drastically reduced, And the supply and storage of the flow cathode can be integrated to greatly reduce the installation space.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 흐름전극장치를 이용한 축전식 탈염장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 0.3 V로 탈염실험을 수행하였을 때 각 단계에서의 시간에 따른 탈염율 변화 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 0.3 V로 탈염실험을 수행하였을 때 각 단계별 시간에 따른 전류 변화 그래프이다.
도 4는 본 발명의 비교예를 위해 기존 방식으로 0.3 V로 탈염실험을 수행하였을 때 각 단계에서의 시간에 따른 탈염율 변화 그래프이다.
도 5는 본 발명의 비교예를 위해 기존 방식으로 0.3 V로 탈염실험을 수행하였을 때 각 단계별 시간에 따른 전류 변화 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 흐름전극을 이용한 대용량 에너지저장 장치의 개략도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of a charge and discharge apparatus using a flow electrode device according to Embodiment 1 of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a graph showing desalination rate change with time at each step when a desalting experiment is performed at 0.3 V in Example 1 of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a graph showing current changes with time in each step when the desalination experiment is performed at 0.3 V in the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 4 is a graph showing the desalting rate change with time at each step when a desalting experiment is performed at 0.3 V in the conventional method for the comparative example of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a current change with time in each step when a desalination experiment is performed at 0.3 V in a conventional method for a comparative example of the present invention.
6 is a schematic view of a large-capacity energy storage device using a flow electrode according to a second embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components, and the same reference numerals will be used to designate the same or similar components. Detailed descriptions of known functions and configurations are omitted.

먼저, 본 발명의 모든 실시예에서 공통적으로 사용되는 흐름전극장치(105)에 대해 설명한다.First, a flow electrode device 105 commonly used in all embodiments of the present invention will be described.

상기 흐름전극장치(105)는 도 1에 도시된 바와 같이, 음극집전체(111)와 양극집전체(120) 사이에 형성되는 공간이, 음극분리막(115)와 양극분리막(117)에 의해 구분된다. 즉, 상기 흐름전극장치(105)은 상기 음극분리막(115)와 상기 음극집전체(111) 사이의 흐름음극유로(114), 상기 양극분리막(117)외 상기 양극집전체(120) 사이의 흐름양극유로(119), 및 상기 음극분리막(115)와 상기 양극분리막(117) 사이의 전해질 유로(116)으로 이루어진다.  1, the space defined between the anode current collector 111 and the cathode current collector 120 is partitioned by the anode separator 115 and the cathode separator 117, do. That is, the flow electrode device 105 includes a flow cathode passage 114 between the cathode separator 115 and the anode collector 111, a flow between the cathode collector 120 and the anode separator 117, An anode flow path 119 and an electrolyte flow path 116 between the cathode separation membrane 115 and the anode separation membrane 117.

상기 흐름음극유로(114)에는 흐름음극(112)이 흐르고, 상기 흐름양극유로(119)에는 흐름양극이 흐른다. 상기 흐름음극(112)은 유동액에 전극활물질이 혼합된 분산된 슬러리 상태의 흐름전극이 흐름음극유로(114)를 통과하며 양이온을 흡착한 상태이고, 상기 흐름양극(118)은 흐름전극이 흐름양극유로(119)를 통과하며 음이온을 흡착한 상태이다. 상기 흐름음극(112) 및 상기 흐름양극(118)에 사용되는 전극활물질은 다공성 탄소(활성탄, 카본파이버, 탄소에어로젤, 탄소나노튜브 등), 흑연분말, 금속산화물 분말 등이 사용될 수 있다. A flow cathode 112 flows in the flow cathode flow passage 114 and a flow anode flows in the flow anode flow passage 119. The flow cathode 112 is a state in which a flow electrode in the form of a dispersed slurry in which an electrode active material is mixed with a fluid flows through a flow cathode passage 114 and a cation is adsorbed, And passes through the anode flow path 119 to adsorb anions. Examples of the electrode active material used for the flow cathode 112 and the flow anode 118 include porous carbon (activated carbon, carbon fiber, carbon aerogels, carbon nanotubes, etc.), graphite powder, metal oxide powder and the like.

또, 상기 유동액은 NaCl, H2SO4, HCl, NaOH, KOH, Na2NO3등 수용성 전해질액과, 프로필렌카보네이트(Propylene Carbonate, PC), 디에틸카보네이트(Diethyl Carbonate, DEC), 테트라히드로푸란(Tetrahydrofuran, THF)와 같은 유기성 전해질액을 포함할 수 있다. 특히, 상기 유동액으로써 다량의 염(특히, NaCl)이 함유된 염수 또는 미량의 염이 함유된 담수를 사용하는 것이 가능하다.The fluid may be a solution of a water-soluble electrolyte such as NaCl, H 2 SO 4 , HCl, NaOH, KOH and Na 2 NO 3 and a solvent such as propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC) And an organic electrolytic solution such as tetrahydrofuran (THF). Particularly, it is possible to use brine containing a large amount of salt (particularly, NaCl) or fresh water containing a small amount of salt as the fluid.

상기 음극분리막(115)은 흐름양극과 전해질 유로사이의 전해질 액체의 유통을 막고 이온만 선택적으로 통과시키는 치밀막과, 양이온만 선택적으로 통과시키는 양이온 선택막을 사용하는 것이 가능하다.The cathode separation membrane 115 can use a dense membrane that selectively prevents the passage of electrolyte liquid between the flow cathode and the electrolyte channel, selectively passes only ions, and a cation selective membrane that selectively passes only cations.

또, 상기 양극분리막(117)은 흐름음극과 전해질 유로사이의 전해질 액체의 유통을 막고 이온만을 선택적으로 통과시키는 치밀막과, 음이온만 선택적으로 통과시키는 음이온 분리막을 사용하는 것이 가능하다.It is also possible to use a dense membrane that selectively prevents passage of the electrolyte liquid between the flow cathode and the electrolyte channel, selectively passes only the ions, and an anion separation membrane that selectively passes only negative ions.

그리고, 상기 전해질 유로(116)에는 전해질이 이동하며, 상기 전해질로는 상기 유동액과 마찬가지로 NaCl, H2SO4, HCl, NaOH, KOH, Na2NO3 등 수용성 전해질액과, 프로필렌카보네이트(Propylene Carbonate, PC), 디에틸카보네이트(Diethyl Carbonate, DEC), 테트라히드로푸란(Tetrahydrofuran, THF)와 같은 유기성 전해질액을 포함할 수 있다. 특히, 상기 유동액으로써 다량의 염(특히, NaCl)이 함유된 염수 또는 미량의 염이 함유된 담수를 사용하는 것이 가능하다. 상기 전해질 유로(116)은 유로를 형성할 수 있는 스페이서가 내부에 사용될 수 있다. The electrolyte flows into the electrolyte flow path 116. The electrolyte includes a water soluble electrolyte solution such as NaCl, H 2 SO 4 , HCl, NaOH, KOH and Na 2 NO 3 and a solution of propylene carbonate Carbonate, PC), Diethyl Carbonate (DEC), and Tetrahydrofuran (THF). Particularly, it is possible to use brine containing a large amount of salt (particularly, NaCl) or fresh water containing a small amount of salt as the fluid. The electrolyte flow path 116 may be formed with a spacer which can form a flow path.

상기 전해질유로(116)의 전해질 이동방향과 상기 흐름음극유로(114) 및 상기 흐름양극유로(119)의 유체의 이동방향은 서로 동일하거나 반대방향일 수 있다.The flow direction of the electrolyte in the electrolyte flow path 116 and the flow direction of the fluid in the flow path 114 and the flow path 119 may be the same or opposite to each other.

상기 전극집전체(111,120) 및 상기 이온분리막(115,117)은 종래 유동상 전극 시스템(전지, 축전지 등)에 사용되어 오고 있는 것들이라면 어느 것이나 다 사용가능하며, 당해 기술분야에 속하는 통상의 전문가가 그 사용목적 및 조건에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.The electrode current collectors 111 and 120 and the ion-removing membranes 115 and 117 may be any of those used in conventional fluidized bed electrode systems (batteries, batteries, etc.) And can be appropriately selected depending on the purpose and condition of use.

상기 흐름전극장치(105)에 유입되는 흐름전극 내 전극활물질에 이온이 흡착되어있는 경우 흐름전극이 흡착할 수 있는 이온의 양은 줄어든다. 따라서, 상기 흐름전극장치(105)를 통과한 상기 흐름음극유로(114) 및 상기 흐름양극유로(119)의 흐름전극을 합쳐서 전기적으로 중화시키면 흡착된 이온이 유동액으로 빠져나와 흐름전극의 흡착용량을 회복시킬 수 있고, 이를 상기 흐름전극장치(105)에 공급하면 새로운 흐름전극을 사용하지 않아도 전극의 기존의 이온 흡착용량을 유지할 수 있다. 다만, 유동액의 농도가 증대되므로, 일정수준의 농도가 되면 유동액만을 분리하여 교체하거나, 새로운 흐름전극으로 교체할 수 있다.When the ions are adsorbed to the electrode active material flowing into the flow electrode device 105, the amount of ions that the flow electrode can adsorb is reduced. Therefore, when the flow cathode electrode 114 and the flow anode electrode of the flow anode flow path 119 passing through the flow electrode device 105 are electrically neutralized, the adsorbed ions escape to the fluid and the adsorption capacity of the flow electrode And by supplying it to the flow electrode device 105, the existing ion adsorption capacity of the electrode can be maintained without using a new flow electrode. However, since the concentration of the fluid is increased, only the fluid can be separated or replaced or replaced with a new flow electrode at a certain level of concentration.

다음으로 상기 흐름전극장치(105)를 이용한 축전식 탈염장치(100)에 대해서 설명한다.Next, a description will be given of a capacitive desalination apparatus 100 using the flow electrode device 105. FIG.

도 1에서 도면부호 100은 본 발명의 실시예 1에 따른 축전식 탈염장치를 지시한다.In Fig. 1, reference numeral 100 designates a condensate desalination apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

상기 축염식 탈염장치(100)는 크게 흐름전극장치(105)와, 상기 흐름전극장치(105)에 흐름전극을 공급 및 저장하는 흐름전극 공급부(140)와, 상기 흐름전극 공급부(140)로부터 흐름전극을 분취하여 농축 유동액을 분리 배출하는 유동액 분리부(141)와, 상기 흐름전극장치(105)에 재생 흐름전극을 공급하는 흐름전극 재생부(142)와, 상기 흐름전극장치(105)에 전해질을 공급하는 전해질 공급부(144)를 포함한다.The condensate desalination apparatus 100 mainly comprises a flow electrode device 105, a flow electrode supply part 140 for supplying and storing a flow electrode to the flow electrode device 105, A flow electrode recovery unit 142 for supplying a regeneration flow electrode to the flow electrode device 105, and a flow electrode recovery unit 142 for supplying a regeneration flow electrode to the flow electrode device 105, And an electrolyte supply portion 144 for supplying an electrolyte to the electrolyte.

상기 전해질 공급부(144)에서는 양이온과 음이온을 가지는 전해질(예를 들어, 염수)를 상기 흐름전극장치(105)의 전해질 유로(116)에 공급한다. 상기 전해질 유로(116)을 통과한 전해질은 이온농도가 낮아지거나 높아지므로, 담수를 얻거나 다른 목적으로 활용될 수 있다.In the electrolyte supply part 144, an electrolyte (for example, brine) having positive and negative ions is supplied to the electrolyte flow path 116 of the flow electrode device 105. The electrolyte having passed through the electrolyte flow path 116 has low or high ion concentration, so that fresh water can be obtained or utilized for other purposes.

그리고, 상기 흐름전극 공급부(140)는 전극활물질을 포함하는 슬러리 상태의 흐름전극을 상기 흐름양극유로(114)와 상기 흐름음극유로(119)에 공급한다. The flow electrode supply unit 140 supplies a flow electrode in a slurry state including the electrode active material to the flow cathode flow path 114 and the flow cathode flow path 119.

그리고, 상기 흐름전극장치(105)에는 전류를 공급하는 전원공급장치(130)이 연결돼서, 현재 상기 흐름전극장치(105)의 음극집전체(111)와 양극집전체(120) 사이에 전위차를 발생시킬 수 있다.A power supply device 130 for supplying current is connected to the flow electrode device 105 so that a potential difference is generated between the anode current collector 111 of the current flow electrode device 105 and the anode current collector 120 .

따라서, 상기 흐름전극장치(105)에 전해질과 흐름전극을 보내면 상기 음극집전체(111)와 상기 양극집전쳬(120)에 인가되는 전위에 의해, 양이온은 상기 음극분리막(115)를 거쳐 전극활물질에 흡착되고, 음이온은 상기 양극분리막(117)을 거쳐 상기 전극활물질에 흡착된다. 이 결과, 상기 전해질에 포함된 이온이 제거되어 상기 전해질은 탈염된다.Therefore, when the electrolyte and the flow electrode are supplied to the flow electrode device 105, the positive ions are supplied to the cathode current collector 111 and the anode current collector 120 via the cathode separator 115, And the negative ions are adsorbed to the electrode active material via the positive electrode separator 117. As a result, the ions contained in the electrolyte are removed and the electrolyte is desalted.

이러한 탈염과정을 통해 양이온을 흡착하여 흡착용량을 채운 상기 흐름음극(112)과 음이온을 흡착하여 흡착용량을 채운 상기 흐름양극(118)은 상기 흐름전극장치(105)를 통과하여 다시 상기 흐름전극 공급부(140)에서 합쳐진다.The flow cathode (112) which adsorbs cations through the desalination process to fill the adsorption capacity by adsorbing anions with the flow cathode (112) is passed through the flow electrode device (105) (140).

따라서, 상기 흐름전극 공급부(140)에서 상기 흐름음극(112)와 상기 흐름양극(118)의 물리적 접촉에 의해 서로 다르게 하전된 전극활물질 간의 전기적인 단락이 발생하고, 전극활물질 표면에 흡착되어있는 양이온과 음이온이 흐름전극 유동액으로 방출되어 상기 흐름전극의 흡착용량이 재생된다.Therefore, in the flow electrode supply unit 140, electrical short-circuiting occurs between the differently charged electrode active materials due to the physical contact between the flow cathode 112 and the flow anode 118. As a result, And anions are discharged as a flow electrode fluid, so that the adsorption capacity of the flow electrode is regenerated.

따라서 상기 흐름전극장치(105)로 재공급되는 상기 흐름전극은 기존의 탈염성능을 유지할 수 있다.Therefore, the flow electrode re-supplied to the flow electrode device 105 can maintain the existing desalination performance.

이러한 탈염과정이 계속되면, 상기 흐름전극 전해질 내의 이온농도가 지나치게 높아져 탈염성능이 하락할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해, 상기 흐름전극 공급부(140)로 회수되는 흐름전극의 유동액 농도가 한계농도를 초과할 시, 상기 흐름전극 공급부(140)로부터 일정량의 흐름전극을 유동액 분리부(141)로 보내어 농축 유동액을 분리, 배출할 수 있다. If the desalination process is continued, the ion concentration in the flow electrode electrolyte becomes excessively high and the desalination performance may decrease. To prevent this, the flow electrode concentration of the flow electrode recovered to the flow electrode supply unit 140 exceeds the limit concentration A predetermined amount of flow electrodes may be sent from the flow electrode supply unit 140 to the fluid-liquid separating unit 141 to separate and discharge the enriched fluid.

또한 상기 농축전해질이 제거된 흐름전극은 흐름전극 재생부(142)에서 신규 유동액을 추가를 통해 기존 조성에 맞게 재생되어 상기 흐름전극장치(105)로 재투입하는 것이 가능하다.In addition, the flow electrode from which the concentrated electrolyte is removed can be regenerated in accordance with the conventional composition through the addition of a new fluid in the flow electrode regeneration unit 142, and can be recycled to the flow electrode device 105.

따라서 상기 축전식 탈염장치(100)은 소모되는 흐름전극의 양을 최소화하면서 연속적인 탈염공정이 가능하다.Therefore, the storage and desalination apparatus 100 can perform a continuous desalination process while minimizing the amount of consumed flow electrodes.

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 대용량 에너지 저장장치(101)을 도시한다. 실시예 1에서 축전식 탈염장치(100)에 에너지 회수장치를 더하여 원하는 시간에 저장된 에너지를 회수하는 것이 가능하다.FIG. 6 shows a mass storage device 101 according to the second embodiment of the present invention. It is possible to add the energy recovery device to the storage and desalination apparatus 100 in Embodiment 1 to recover the stored energy at a desired time.

실시예 2에서 에너지를 회수하기 위하여 사용되는 회수측 흐름전극장치(106)은 실시예 1의 흐름전극장치(105)와 동일하나, 유입되는 흐름양극과 흐름음극이 상기 흐름전극장치(105)로부터 공급되는 것을 쇼트없이 그대로 유입된다는 차이가 있다.The recovering side flow electrode device 106 used for recovering energy in Embodiment 2 is the same as the flow electrode device 105 of Embodiment 1 except that the flowing flow anode and the flow cathode are separated from the flow electrode device 105 There is a difference that the supply is directly introduced without a short.

이를 위해, 상기 대용량 에너지 저장장치(101)은 크게 상기 축전식 탈염장치(100)를 그대로 포함하고, 추가적으로 상기 축전식 탈염장치(100)로부터 이온이 흡착된 흐름양극(118)을 공급받아 저장하거나 상기 에너지를 회수하는 상기 흐름전극장치(106)로 공급하는 흐름양극 저장부(151)와, 상기 축전식탈염장치(100)으로부터 이온이 흡착된 흐름음극(112)을 공급받아 저장하거나 상기 흐름전극장치(106)로 공급하는 흐름음극 저장부(152)와, 상기 흐름전극장치(106)로 전해질을 공급하는 에너지 회수를 위한 전해질 공급부(145)를 포함한다.To this end, the mass energy storage device 101 includes the storage depolarizer 100 as it is, and further receives and stores the flow anode 118 in which the ions are adsorbed from the storage and desalination device 100 A flow anode storage unit 151 for supplying the energy to the flow electrode device 106 for recovering the energy and a flow cathode 112 for storing ions from the storage desalination device 100, A flow cathode storage 152 for supplying the electrolyte to the device 106 and an electrolyte supply 145 for energy recovery to supply the electrolyte to the flow electrode device 106.

상기 흐름양극 저장부(151)와 상기 흐름음극 저장부(152)를 통해 원하는 만큼의 흐름양극(118)과 흐름음극(112)을 저장할 수 있고, 흐름양극 제어부(153)와 흐름음극 제어부(154)를 통해 더 이상 저장이 필요없는 상기 흐름양극(118)과 상기 흐름음극(112)을 상기 흐름전극 공급부(140)로 순환시켜 상기 축전식 탈염장치(100)의 연속운용이 가능하다.The flow cathode storage unit 151 and the flow cathode storage unit 152 can store a desired amount of the flow anode 118 and the flow cathode 112. The flow anode control unit 153 and the flow cathode control unit 154 It is possible to continuously operate the storage and desalination apparatus 100 by circulating the flow anode 118 and the flow cathode 112, which are no longer required to be stored, to the flow electrode supply unit 140.

그리고, 상기 에너지회수장치(106)에는 전력장치(131)가 연결돼서, 현재 상기 에너지 회수장치(106)에서 흐름전극에 저장된 이온의 방출로 발생하는 전기에너지를 공급받아 외부로 공급받는다.A power device 131 is connected to the energy recovery device 106 and is supplied to the outside from the energy recovery device 106 which is currently supplied with electric energy generated by the discharge of ions stored in the flow electrode.

상기 전력장치(131)는 회수측 흐름전극장치에서 발생되는 전기 에너지를 이용할 수 있는 모든 장치를 의미한다. 즉, 전력장치(131)는 커패시터, 배터리 같은 전력 저장장치가 될 수 있고, 선풍기, 전등 등의 전기를 이용하는 장치가 될 수 있으며, 인버터 등의 전기변환장치가 될 수도 있다.The power device 131 refers to any device that can utilize the electric energy generated in the recovery-side flow electrode device. That is, the power device 131 may be a power storage device such as a capacitor or a battery, or may be a device using electricity such as an electric fan or a lamp, or may be an electric conversion device such as an inverter.

또한, 상기 에너지 회수장치(106)을 빠져나온 이온이 완전히 방출되지 않은 상기 흐름양극과 상기 흐름음극은 상기 흐름전극 공급부로 공급되어 전기적인 단락에 의해 흐름전극 유동액으로 이온들이 완전히 방출되며, 다시 흐름전극장치(105)로 재투입되는 것이 가능하다.In addition, the flow anode and the flow cathode, from which the ions that have escaped from the energy recovery device 106 have not been completely discharged, are supplied to the flow electrode supply portion, and ions are completely discharged into the flow electrode fluid by the electric short circuit. It is possible to reapply it to the flow electrode device 105.

이하, 실험예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기 실험예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples. However, the following experimental examples are intended to further illustrate the present invention and should not be construed to limit the scope of the present invention.

[실험예 1][Experimental Example 1]

본 발명의 실시예 1에 따라, 미세유로 구조를 갖는 직사각형의 양극 및 음극 집전체(Graphite, 294×210㎜, 유효면적 228㎠) 사이에 양이온 교환막(Neosepta CMX, Tokuyama, Japan)과 음이온 교환막(Neosepta AMX, Tokuyama, Japan) 및 스페이서로(Polyester, 0.4mm) 분리된 흐름전극장치를 제작하였다. A cation exchange membrane (Neosepta CMX, Tokuyama, Japan) and an anion exchange membrane (anion exchange membrane) were sandwiched between a rectangular positive electrode and a negative electrode current collector having a fine channel structure (Graphite, 294 x 210 mm, effective area of 228 cm 2) Neosepta AMX, Tokuyama, Japan) and a spacer (Polyester, 0.4 mm).

약 3,263㎡/g의 비표면적을 갖는 활성탄 (평균 세공직경 21Å, 총 세공부피 1.71㏄/g)을 0.1M NaCl 유동액에 섞어 nanodisperser (ISA-N-10, Ilshin Autoclave, Korea)로 미분쇄하여 증류수 내 활성탄의 평균입도가 8㎛인 흐름전극을 제조했다. 제조된 0.5L의 흐름전극은 하나의 저장용기에 담아 25㎖/min의 유속으로 흐름전극장치의 양극유로 및 음극유로에 통과시켰고, 흐름전극장치를 통과한 흐름전극은 다시 원래의 저장용기로 돌아가는 폐 사이클 흐름으로 공급하였다.Activated carbon (average pore diameter 21 Å, total pore volume 1.71 cc / g) having a specific surface area of about 3,263 m 2 / g was finely pulverized with a nanodisperser (ISA-N-10, Ilshin Autoclave, Korea) A flow electrode having an average particle size of 8 mu m of activated carbon in distilled water was produced. The prepared 0.5 L flow electrode was placed in one storage container and passed through the positive and negative electrode flow paths of the flow electrode device at a flow rate of 25 ml / min, and the flow electrode passed through the flow electrode device again returned to the original storage container And supplied in a closed cycle flow.

이와 동시에 NaCl 전해질액을 마이크로 정량펌프(일본정밀화학(주), Minichemi pump)를 이용하여 3㎖/min의 유량으로 흐름전극장치의 전해질 유로에 통과시켰고, 다음단계로, 탈염된 NaCl 전해질액을 모아 다시 흐름전극장치에 통과시키며 전기전도도의 변화를 측정하였다.At the same time, the NaCl electrolyte solution was passed through the electrolyte passage of the flow electrode device at a flow rate of 3 ml / min using a micro-metering pump (Minichemi pump, Japan Fine Chemicals Co., Ltd.), and the desalted NaCl electrolyte solution Collected and passed through the flow electrode device again to measure the change in electrical conductivity.

또한, 각 단계에서 흐름전극장치의 외부단자를 Potentiostat (Ivium Technologies B.V., Netherlands)에 연결하여 0.3V의 전압을 가해 탈염 실험을 수행했다. In each step, the external terminal of the flow electrode device was connected to a Potentiostat (Ivium Technologies BV, Netherlands), and a desalination experiment was performed by applying a voltage of 0.3V.

흐름전극장치를 통과하고 난 후 나온 NaCl 전해질액의 농도는 conductivity meter (S47, Mettler-Toledo, Switzerland)로 10초마다 측정되었고, 탈염 시간에 따른 농도 변화는 도 2에 도시하였고 전류 변화는 도 3에 도시하였다. 또한, 전체 결과를 표 1에 나타내었다. 또한 기존 공정에서 취하는 방식인 흐름전극의 개방 사이클 흐름에서의 탈염실험을 상기와 같은 조건에서 실시하여 도 4에 농도 변화를 도시하였고 도 5에 전류 변화를 도시하였다.The concentration of the NaCl electrolyte solution after passing through the flow electrode device was measured every 10 seconds by a conductivity meter (S47, Mettler-Toledo, Switzerland) and the concentration change with desalting time is shown in FIG. 2, Respectively. Table 1 also shows the overall results. Also, the desalination experiment in the open cycle flow of the flow electrode, which is a method taken in the existing process, is performed under the above-described conditions, and the concentration change is shown in FIG. 4 and the current change is shown in FIG.

실험단계Experimental stage 실시예Example 비교예Comparative Example 투입수
농도
(mS/cm)
Number of inputs
density
(mS / cm)
생산수
농도
(mS/cm)
Production
density
(mS / cm)
탈염율
(%)
Desalination rate
(%)
측정전류
(mA)
Measuring current
(mA)
투입수
농도
(mS/cm)
Number of inputs
density
(mS / cm)
생산수
농도
(mS/cm)
Production
density
(mS / cm)
탈염율
(%)
Desalination rate
(%)
측정전류
(mA)
Measuring current
(mA)
1단계Stage 1 55.355.3 47.247.2 14.6514.65 425425 54.254.2 46.646.6 14.0214.02 420420 2단계Step 2 47.447.4 39.239.2 17.317.3 450450 46.646.6 42.742.7 8.378.37 190190 3단계Step 3 39.239.2 31.231.2 20.4120.41 440440 42.742.7 40.540.5 5.155.15 8585 4단계Step 4 31.131.1 23.423.4 24.7624.76 415415 40.740.7 39.039.0 4.184.18 5555

실험결과, 기존 흐름전극 운영방식에서는 이온을 흡착한 흐름전극이 탈염공정에 투입되어 각 단계에서 탈염성능이 저하되는 것을 볼 수 있다. 이는 이전 단계에서 이온 흡착으로 흐름전극의 이온 흡착용량이 줄어들었기 때문으로 기존 흐름전극의 운영방식으로는 탈염공정에 사용된 흐름전극의 재생과정이 없이는 재사용이 불가능함을 의미한다.Experimental results show that the flow electrode which adsorbs ions in the conventional flow electrode operating method is put into the desalting process and the desalting performance is lowered at each step. This means that the ion adsorption capacity of the flow electrode has been reduced by ion adsorption in the previous step, which means that it can not be reused without the regeneration process of the flow electrode used in the desalting process.

반면, 이온을 흡착한 흐름전극이 하나의 저장용기에서 서로 섞이게 되는 폐 사이클 흐름에서는 사용한 흐름전극이 재공급되어도 탈염성능을 유지하는 것을 볼 수 있다. 이는 흐름전극이 흐름전극 공급부에서 전극활물질 간에 이루어지는 전기적 단락으로 흡착된 이온들을 유동액으로 방출하였기 때문이다.  On the other hand, it can be seen that the desulfurization performance is maintained even when the flow electrode is re-supplied in the closed cycle flow where the ion-adsorbed flow electrodes are mixed with each other in one storage vessel. This is because the flow electrode discharges ions adsorbed by the electric short between the electrode active materials in the flow electrode supply portion into the fluid.

또한, 실시예와 비교예의 전류변화를 도시한 도 3과 도 5를 통해 기존의 흐름전극 운영방식에서는 단계가 지날수록 흐름전극으로 유입되는 이온이 현저히 줄어드는 것에 비해, 본 발명의 방식에서는 이동하는 이온의 양이 일정함을 알 수 있다.3 and FIG. 5 showing the current changes of the embodiment and the comparative example, in the conventional flow electrode operating system, the amount of ions flowing into the flow electrode is significantly reduced as the step progresses. In contrast, in the present invention, Is constant.

따라서 본 발명을 통해 별다른 재생공정 없이 흐름음극과 흐름양극을 섞는 것만으로 전극활물질의 흡착용량이 간단히 재생되어 재사용이 가능하고 연속적인 탈염 공정에 사용할 수 있음을 알 수 있다. 또한 시간의 흐름에 따라 소모되는 흐름전극의 양이 증가하는 기존의 흐름전극 운영방식과는 달리 본 발명에서는 흐름전극이 유동액의 농도가 한계에 이르기 전까지 폐순환으로 유동하기 때문에 탈염공정 시 소모되는 흐름전극의 양을 크게 절감할 수 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen from the present invention that the adsorption capacity of the electrode active material can be simply regenerated by reusing the electrode active material by mixing the flow cathode and the flow anode without any regeneration process, and can be used for the continuous desalination process. In addition, unlike the conventional flow electrode operating method in which the amount of flow electrode consumed increases with time, since the flow electrode flows in a closed loop until the concentration of the flowing liquid reaches the limit, the flow consumed in the desalting process It can be seen that the amount of the electrode can be greatly reduced.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It can be understood that

100: 축전식 탈염장치 101: 에너지 저장회수장치
105: 흐름전극장치 106: 회수측 흐름전극장치
111: 음극집전체 112: 흐름음극
114: 흐름음극유로 115: 음극분리막
116: 전해질유로 117: 양극분리막
118: 흐름양극 119: 흐름양극유로
120: 양극집전체 130: 전원공급장치
131: 전력장치 140: 흐름전극 공급부
141: 유동액 분리부 142: 흐름전극 재생부
144,145: 전해질 공급부 151: 흐름양극 저장부
152: 흐름음극 저장부 153: 흐름양극 제어부
154: 흐름음극 제어부
100: a storage type desalination device 101: an energy storage and recovery device
105: flow electrode device 106: return-side flow electrode device
111: cathode current collector 112: flow cathode
114: flow cathode flow path 115: cathode separator
116: electrolyte flow path 117: anode separator
118: flow anode 119: flow anode channel
120: positive electrode current collector 130: power supply unit
131: Power device 140: Flow electrode supply part
141: Fluid liquid separator 142: Flow electrode regenerator
144, 145: electrolyte supply part 151: flow anode storage part
152: flow cathode storage unit 153: flow anode control unit
154: flow cathode control unit

Claims (8)

유동하는 전극활물질을 가지는 흐름전극이 흐르는 흐름양극유로 및 흐름음극유로와, 상기 흐름양극유로 및 상기 흐름음극유로의 사이를 흐르는 전해질이 이동하는 전해질유로를 가지고,
상기 전해질과 상기 흐름양극 사이에는 음이온이 이동가능하며, 상기 전해질과 상기 흐름음극 사이에는 양이온이 이동가능하며,
상기 흐름양극유로를 통과한 흐름전극과 상기 흐름음극유로를 통과한 흐름전극은 합쳐져 다시 상기 흐름양극유로 및 상기 흐름음극유로에 유입되는 것을 특징으로 하는 흐름전극장치.
A flow cathode flow path and a flow cathode flow path through which a flow electrode having a flowing electrode active material flows and an electrolyte flow path through which an electrolyte flowing between the flow anode flow path and the flow cathode flow path moves,
An anion can move between the electrolyte and the flow anode, and a cation can move between the electrolyte and the flow cathode,
Wherein the flow electrode passing through the flow cathode flow path and the flow electrode passing through the flow cathode flow path are joined together and then introduced into the flow cathode flow path and the flow cathode flow path.
제1항의 하나 이상의 흐름전극장치;
상기 흐름양극유로를 통과한 흐름전극과 상기 흐름음극유로를 통과한 흐름음극이 합쳐져서 유입되며, 다시 상기 흐름양극유로 및 상기 흐름음극유로에 흐름전극을 공급하는 흐름전극 공급부;
상기 흐름전극장치에 전해질을 공급하는 전해질 공급부; 및
상기 흐름전극장치에 전력을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 축전식 탈염장치.
At least one flow electrode device of claim 1;
A flow electrode supply unit for supplying a flow electrode to the flow cathode flow path and the flow cathode flow channel again by flowing together the flow electrode passing through the flow anode flow path and the flow anode passing through the flow cathode flow path;
An electrolyte supply unit for supplying an electrolyte to the flow electrode device; And
And a power supply for supplying electric power to the flow electrode device.
제2항에 있어서
상기 흐름전극의 염분농도가 미리 정해진 농도 이상이면 상기 흐름전극의 일부 또는 전체가 상기 흐름전극장치를 흐르는 흐름전극보다 상대적으로 농도가 낮은 흐름전극으로 교체되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염장치.
The method according to claim 2, wherein
Wherein a part or the whole of the flow electrode is replaced with a flow electrode having a relatively lower concentration than a flow electrode flowing through the flow electrode device when the salt concentration of the flow electrode is not less than a predetermined concentration.
제2항에 있어서
미리 정해진 시간 간격으로 상기 흐름전극의 일부 또는 전체가 상기 흐름전극장치를 흐르는 흐름전극보다 상대적으로 농도가 낮은 흐름전극으로 교체되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염장치.
The method according to claim 2, wherein
Wherein part or all of the flow electrode is replaced with a flow electrode having a relatively lower concentration than the flow electrode flowing in the flow electrode device at predetermined time intervals.
제1항의 하나 이상의 흐름전극장치;
상기 흐름양극유로를 통과한 흐름전극과 상기 흐름음극유로를 통과한 흐름음극이 합쳐져서 유입되며, 다시 상기 흐름양극유로 및 상기 흐름음극유로에 흐름전극을 공급하는 흐름전극 공급부;
상기 흐름전극장치에 전해질을 공급하는 전해질 공급부;
상기 흐름전극장치에 전력을 공급하는 전원공급장치;
상기 흐름전극의 염분농도를 측정하여 분취하는 전극재생제어부;
상기 분취한 흐름전극으로부터 농축 유동액을 분리 및 배출하는 유동액 분리부;
상기 유동액이 분리된 흐름전극에 상대적으로 농도가 낮은 유동액을 추가하여 상기 흐름전극 공급부 또는 흐름전극장치로 재생된 흐름전극을 재공급하는 흐름전극 재생부를 포함하는 축전식 탈염장치.
At least one flow electrode device of claim 1;
A flow electrode supply unit for supplying a flow electrode to the flow cathode flow path and the flow cathode flow channel again by flowing together the flow electrode passing through the flow anode flow path and the flow anode passing through the flow cathode flow path;
An electrolyte supply unit for supplying an electrolyte to the flow electrode device;
A power supply for supplying power to the flow electrode device;
An electrode regeneration controller for measuring and collecting the saline concentration of the flow electrode;
A fluid-liquid separator for separating and discharging the concentrated fluid from the separated flow electrodes;
And a flow electrode regeneration unit for regenerating the flow electrode regenerated by the flow electrode supply unit or the flow electrode device by adding a fluid having a relatively low concentration to the flow electrode from which the fluid is separated.
제3항 내지 제5항 중 어느 하나의 축전식 탈염장치;
상기 축전식 탈염장치의 흐름양극유로로부터 공급되는 흐름양극이 흐르는 흐름양극유로와, 상기 축전식 탈염장치의 흐름음극유로로부터 공급되는 흐름음극이 흐르는 흐름음극유로와, 상기 흐름양극유로 및 상기 흐름음극유로의 사이를 흐르는 전해질이 이동하는 전해질유로를 가지도록 상기 축전식 탈염장치의 후단에 배치되는 회수측 흐름전극장치; 및
상기 회수측 흐름전극장치의 흐름양극유로와 흐름음극유로에 연결되어 발생되는 전류가 유입되는 전력장치를 포함하고,
상기 회수측 흐름전극장치를 통과한 흐름양극 및 흐름음극은 상기 축전식 탈염장치의 상기 흐름전극 공급부로 유입되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장회수장치.
A condensate desalination apparatus according to any one of claims 3 to 5;
A flow cathode flow passage through which the flow cathode supplied from the flow anodic channel of the storage and desorption device flows, a flow cathode flow passage through which the flow cathode supplied from the flow cathodic flow passage of the storage and desorption device flows, A recovering side flow electrode device disposed at a rear end of the accumulation type desalination device so that an electrolyte flowing between the flow paths has an electrolyte flow path; And
And a power device connected to the flow anode flow path and the flow cathode flow path of the collection side flow electrode device to introduce a current generated therein,
Wherein the flow anode and the flow cathode that have passed through the collection-side flow electrode device are introduced into the flow electrode supply portion of the storage and desalination device.
제6항에 있어서,
상기 축전식 탈염장치의 흐름양극유로와 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름양극유로 사이에는 흐름양극 제어부가 배치되고, 상기 축전식 탈염장치의 흐름음극유로와 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름음극유로 사이에는 흐름음극 제어부가 배치되고,
상기 흐름양극제어부와 상기 흐름음극제어부는 상기 흐름전극 공급부와 연결되며,
상기 흐름양극제어부는 상기 축전식 탈염장치의 흐름양극유로로부터 공급되는 흐름양극을 상기 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름양극유로와 상기 흐름전극 공급부에 각각 공급되는 양을 조절하고,
상기 흐름음극제어부는 상기 축전식 탈염장치의 흐름음극유로로부터 공급되는 흐름음극을 상기 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름음극유로와 상기 흐름전극 공급부에 각각 공급되는 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장회수장치.
The method according to claim 6,
Wherein a flow anode control unit is disposed between the flow anodic flow path of the storage and desorption apparatus and the flow anodic flow path of the recovering side flow electrode apparatus, and between the flow cathodic flow path of the storage desalination apparatus and the flow cathode flow path of the collection- A flow cathode control unit is disposed,
Wherein the flow anode control unit and the flow cathode control unit are connected to the flow electrode supply unit,
Wherein the flow anode control unit adjusts the amount of the flow anode supplied from the flow anodic channel of the storage desalination unit to be supplied to each of the flow anodic channel and the flow electrode supply unit of the collection flow-
Wherein the flow cathode control unit controls the amount of the flow cathode supplied from the flow cathode flow path of the storage desalination unit to the flow cathode flow path of the collection flow side electrode unit and the flow electrode supply unit, Recovery device.
제6항에 있어서,
상기 축전식 탈염장치의 흐름양극유로와 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름양극유로 사이에는 흐름양극 저장부가 배치되고, 상기 축전식 탈염장치의 흐름음극유로와 상기 회수측 흐름전극장치의 흐름음극유로 사이에는 흐름음극 저장부가 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장회수장치.
The method according to claim 6,
Wherein a flow anode storage portion is disposed between the flow anodic flow path of the storage and desorption device and the flow anodic flow path of the collection side flow electrode device and between the flow cathodic flow path of the storage desalination device and the flow cathode flow path of the collection side flow electrode device Wherein a flow cathode storage portion is disposed in the flow path.
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