KR20230009043A - 다단 흡착식 담수화 장치 및 다단 흡착식 담수화 방법 - Google Patents

다단 흡착식 담수화 장치 및 다단 흡착식 담수화 방법 Download PDF

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Abstract

다단 흡착식 담수화 장치가 제공된다. 상기 다단 흡착식 담수화 장치는, 증기를 흡착 또는 흡착된 증기를 탈착하는 제1 내지 제3 베드, 및 상기 제1 내지 제3 베드 중 어느 하나의 베드에서 탈착된 증기를 응축시켜 담수(fresh water)를 생성하는 응축기를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 베드는 각각, 상대적으로 저온의 증기를 제공받아 상대적으로 저압에서 흡착하는 저압 흡착 모드, 상대적으로 고온의 증기를 제공받아 상대적으로 고압에서 흡착하는 고압 흡착 모드, 및 흡착된 증기를 탈착하는 탈착 모드를 포함하는 동작 사이클을 반복 수행하되, 상기 제1 내지 제3 베드는, 동시에 서로 다른 모드로 동작되는 것을 포함할 수 있다.

Description

다단 흡착식 담수화 장치 및 다단 흡착식 담수화 방법 {Multistage adsorption desalination device and multistage adsorption desalination method}
본 발명은 다단 흡착식 담수화 장치 및 다단 흡착식 담수화 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 증기를 흡착 및 탈착하는 복수의 베드를 통해 담수를 생성하는 다단 흡착식 담수화 장치 및 다단 흡착식 담수화 방법에 관련된 것이다.
전세계적으로 인구의 증가가 계속되고 지구상의 담수 자원은 한정되어 있기 때문에 인류가 사용하기 위한 담수를 효율적으로 확보하기 위한 노력이 계속해서 진행되고 있다. 지구상의 물 중 97% 이상은 해수의 형태로 존재하기 때문에 물 부족 현상을 해결하기 위한 근본적인 방법으로, 해수에 녹아있는 용질을 분리하는 해수담수화 기술이 연구되고 있다.
해수로부터 담수를 획득하기 위해서는 해수에 용존되어 있거나 부유하는 성분들을 용수 및 음용수 기준에 적합 하도록 제거해야 한다. 해수를 담수화하기 위한 일반적인 공정으로는 증발법, 막분리법, 전기 투석법, 냉동법 등이 알려져 있으며 가장 널리 적용되고 있는 기술은 증발법과 막 분리법이다.
증발법에는 다단 플래쉬법(multiple stage flash, MSF), 다단 효용 증발법(multiple effect distillation, MED) 등이 주로 사용된다. 상술된 공정들은 비교적 일찍부터 널리 사용되고 있는 공정으로서, 에너지 소모량이 많은 점, 고온 운전에 의한 부식이 크고 생산설비 면적이 넓은 점, 초기 투자비가 많이 들어가는 점 등의 단점들이 있다. 이에 따라, 에너지가 풍부한 중동지역에서 대규모 해수 담수화 설비에 주로 사용된다.
막분리법의 대표적인 방법인 역삼투법은 해수에 함유되어 있는 성분을 역삼투막을 이용해 이온성 물질과 순수한 물을 분리시키는 방법이며, 이와 같이 해수로부터 이온성 물질과 순수한 물을 분리시키기 위해서는 삼투압 이상의 높은 압력을 필요로 하는 데 이때의 압력을 역삼투압이라 한다. 일반적으로 고압펌프를 사용하기 때문에 해수의 담수화에 상당한 에너지가 소모되는 단점이 있으며, 대규모 담수화 처리 방법인 경우 초기 투자비가 많이 소요되고, 유기 또는 무기물에 의한 파울링(fouling) 방지를 위해 전처리에 상당한 주의가 필요한 문제가 있다.
이에 따라, 종래의 해수-담수화 기술들의 문제점을 해결하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 등록 번호 10-1446205(출원번호: 10-2012-0123219, 출원인: 도레이케미칼 주식회사)에는, 스케일 문제를 사전에 예방할 수 있는 전처리를 도입함으로써 기존 해수담수방법에 비하여 저압으로 공정 운전이 가능한, 해수 담수화 방법 및 장치가 개시되어 있다. 또한, 시스템 전체의 담수 회수율을 증가시키고, 나아가 공정 중 사용되는 분리막의 수명을 향상시킬 수 있는 해수 담수화 방법 및 장치가 개시되어 있다. 또한, 시스템 운전비용을 절감시키고, 에너지 효율 및 생산 효율을 높인 해수 담수화 방법 및 장치가 개시되어 있다.
대한민국 특허 등록 번호 10-1446205
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 해수를 통한 담수 생성 효율이 향상된 다단 흡착식 담수화 장치 및 다단 흡착식 담수화 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 해수를 통해 생성된 담수의 순도가 향상된 다단 흡착식 담수화 장치 및 다단 흡착식 담수화 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 해수를 통한 담수 생성의 에너지 소비량이 감소된 다단 흡착식 담수화 장치 및 다단 흡착식 담수화 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 해수를 통한 담수 생성의 경제적 비용이 감소된 다단 흡착식 담수화 장치 및 다단 흡착식 담수화 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 다단 흡착식 담수화 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 다단 흡착식 담수화 장치는 증기를 흡착 또는 흡착된 증기를 탈착하는 제1 내지 제3 베드, 및 상기 제1 내지 제3 베드 중 어느 하나의 베드에서 탈착된 증기를 응축시켜 담수(fresh water)를 생성하는 응축기를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 베드는 각각, 상대적으로 저온의 증기를 제공받아 상대적으로 저압에서 흡착하는 저압 흡착 모드, 상대적으로 고온의 증기를 제공받아 상대적으로 고압에서 흡착하는 고압 흡착 모드, 및 흡착된 증기를 탈착하는 탈착 모드를 포함하는 동작 사이클을 반복 수행하되, 상기 제1 내지 제3 베드는, 동시에 서로 다른 모드로 동작되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베드는 상기 저압 흡착 모드로 동작되고, 상기 제2 베드는 상기 고압 흡착 모드로 동작되고, 상기 제3 베드는 상기 탈착 모드로 동작되는 제1 사이클, 상기 제1 베드는 상기 고압 흡착 모드로 동작되고, 상기 제2 베드는 상기 탈착 모드로 동작되고, 상기 제3 베드는 상기 저압 흡착 모드로 동작되는 제2 사이클, 상기 제1 베드는 탈착 모드로 동작되고, 상기 제2 베드는 상기 저압 흡착 모드로 동작되고, 상기 제3 베드는 상기 고압 흡착 모드로 동작되는 제3 사이클이 반복 수행되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 베드는 각각, 냉각 유체 또는 가열 유체가 이동하는 냉온 유로와 상기 냉온 유로 주위에 배치되는 흡착제를 포함하되, 상기 저압 흡착 모드 또는 상기 고압 흡착 모드로 동작하는 베드의 상기 냉온 유로 내에 상기 냉각 유체가 공급되어 상기 흡착제를 통해 외부에서 공급된 증기가 흡착되고, 상기 탈착 모드로 동작하는 베드의 상기 냉온 유로 내에 상기 가열 유체가 공급되어 상기 흡착제에 흡착된 증기가 탈착되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 동작 사이클은, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 탈착 모드 이전 수행되는 예열 모드를 더 포함하되, 상기 예열 모드는, 상기 고압 흡착 모드에 의해 온도가 감소된 상기 흡착제의 온도를 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 예열 모드로 동작하는 베드는, 베드 내부로의 증기 공급 및 상기 냉온 유로 내부로의 상기 냉각 유체 공급이 중단되고, 상기 냉온 유로 내부로 상기 가열 유체가 공급되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 동작 사이클은, 상기 탈착 모드 이후 상기 저압 흡착 모드 이전 수행되는 예냉 모드를 더 포함하되, 상기 예냉 모드는, 상기 탈착 모드에 의해 온도가 증가된 상기 흡착제의 온도를 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 탈착 모드로 동작하는 베드는, 상기 흡착제로부터 탈착된 상기 증기를 베드 외부로 배출하고, 상기 예냉 모드로 동작하는 베드는, 베드 외부로의 증기 배출 및 상기 냉온 유로 내부로의 상기 가열 유체 공급이 중단되고, 상기 냉온 유로 내부로 상기 냉각 유체가 공급되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 동작 사이클은, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 탈착 모드 이전 수행되는 제1 열회수 모드, 및 상기 탈착 모드 이후 상기 저압 흡착 모드 이전 수행되는 제2 열회수 모드를 더 포함하되, 상기 제2 열회수 모드는, 상기 탈착 모드에 의해 온도가 증가된 상기 흡착제의 온도를 감소시키는데 사용된 간접 가열 유체를 상기 제1 열회수 모드로 동작하는 베드에 공급하고, 상기 제1 열회수 모드는, 상기 제2 열회수 모드로 동작된 베드로부터 상기 간접 가열 유체를 제공받아 상기 고온 흡착 모드에 의해 온도가 감소된 상기 흡착제의 온도를 증가시키는데 사용하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 열회수 모드로 동작하는 베드는, 상기 냉온 유로 내부로 상기 냉각 유체가 공급되되, 상기 냉온 유로 내부로 공급된 상기 냉각 유체는, 상기 제2 열회수 모드로 동작되기 전 상기 탈착 모드에 의해 가열된 상기 냉온 유로의 잔열로 인해 온도가 증가되고, 상기 냉온 유로의 잔열로 인해 온도가 증가된 상기 냉각 유체는 상기 간접 가열 유체로 정의되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 동작 사이클은, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 탈착 모드 이전 수행되는 제1 질량 회수 모드, 및 상기 탈착 모드 이후 상기 저압 흡착 모드 이전 수행되는 제2 질량 회수 모드를 더 포함하되, 상기 제2 질량 회수 모드는, 상기 탈착 모드에 의해 상기 흡착제로부터 탈착된 증기를 상기 제1 질량 회수 모드로 동작하는 베드에 공급하고, 상기 제1 질량 회수 모드는, 상기 제2 질량 회수 모드로 동작된 베드로부터 상기 탈착된 증기를 제공받아, 상기 탈착된 증기를 흡착하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 다단 흡착식 담수화 장치는 해수(seawater)를 증발시켜 해수로부터 제1 기체를 생성하는 제1 증기 생성기, 및 상기 제1 증기 생성기로부터 상기 제1 기체를 제공받아, 상기 제1 기체를 열원으로 사용하여 해수를 증발시켜 제2 기체를 생성하는 제2 증기 생성기를 포함하는 증발 모듈을 더 포함하되, 상기 증발 모듈로부터 생성된 기체는, 상기 저압 흡착 모드 또는 상기 고압 흡착 모드로 동작하는 베드에 공급되는 것을 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 다단 흡착식 담수화 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 다단 흡착식 담수화 방법은 흡착제를 통해 상대적으로 저온의 증기를 상대적으로 저압에서 흡착하는 저압 흡착 단계, 상기 저온의 증기를 흡착한 흡착제를 통해 상대적으로 고온의 증기를 상대적으로 고압에서 흡착하는 고압 흡착 단계, 및 상기 고온의 증기를 흡착한 흡착제로부터 상기 고온의 증기를 탈착하는 탈착 단계를 포함하되, 상기 저압 흡착 단계, 상기 고압 흡착 단계, 및 상기 탈착 단계는, 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 저압 흡착 단계 및 상기 고압 흡착 단계는, 냉각수 또는 가열수가 이동하는 냉온 유로 내로 냉각 유체를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 탈착 단계는, 냉각수 또는 가열수가 이동하는 냉온 유로 내로 가열 유체를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 고압 흡착 단계 이후 상기 탈착 단계 이전, 상기 고압 흡착 단계에 의해 온도가 감소된 상기 흡착제의 온도를 증가시키는 예열 단계를 더 포함하고, 상기 탈착 단계 이후 상기 담수 생성 단계 이전, 상기 탈착 단계에 의해 온도가 증가된 상기 흡착제의 온도를 감소시키는 예냉 단계를 더 포함하되, 상기 저압 흡착 단계, 상기 고압 흡착 단계, 상기 예열 단계, 상기 탈착 단계, 및 상기 예냉 단계는 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치는, 증기를 흡착 또는 흡착된 증기를 탈착하는 제1 내지 제3 베드, 및 상기 제1 내지 제3 베드 중 어느 하나의 베드에서 탈착된 증기를 응축시켜 담수(fresh water)를 생성하는 응축기를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 베드는 각각, 상대적으로 저온의 증기를 제공받아 상대적으로 저압에서 흡착하는 저압 흡착 모드, 상대적으로 고온의 증기를 제공받아 상대적으로 고압에서 흡착하는 고압 흡착 모드, 및 흡착된 증기를 탈착하는 탈착 모드를 포함하는 동작 사이클을 반복 수행하되, 상기 제1 내지 제3 베드는, 동시에 서로 다른 모드로 동작되는 것을 포함할 수 있다. 즉, 상기 다단 흡착식 담수화 장치는 2회의 흡착(저압 흡착-고압 흡착)을 수행한 후 탈착을 수행할 수 있다. 이에 따라, 담수의 생성 효율 및 순도가 향상될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 포함하는 제1 내지 제3 베드를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 포함하는 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 제1 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 제2 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 제3 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 예열 모드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 예냉 모드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 예열 모드 및 예냉 모드로 동작되는 경우의 제1 내지 제3 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 열회수 모드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 열회수 모드로 동작되는 경우의 제1 내지 제3 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 질량 회수 모드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 질량 회수 모드로 동작되는 경우의 제1 내지 제3 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 열회수 모드 및 질량 회수 모드로 동작되는 경우의 제1 내지 제3 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 제1 변형 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 제1 내지 제3 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 본 발명의 제2 변형 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 포함하는 제1 내지 제3 베드를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 포함하는 증발 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치는, 베드 모듈(100), 응축 모듈(200), 가열 유체 모듈(300), 냉각 유체 모듈(400), 및 증발 모듈(500)을 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다.
베드 모듈(100)
상기 베드 모듈(100)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 각각, 냉각 유체(CF) 또는 가열 유체(WF)가 이동하는 제1 내지 제3 냉온 유로(112, 122, 132)와 상기 제1 내지 제3 냉온 유로(112, 122, 132) 주위에 배치되는 흡착제(AD)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 흡착제(AD)는 수분 흡착이 가능한 고체 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 흡착제(AD)는 활성탄, 규조토, 제올라이트, 실리카겔, 녹말, 벤토나이트, 알루미나 등을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 증기(VP1, VP2)를 제공받아, 상기 흡착제(AD)를 통해 증기(VP1, VP2)를 흡착(adsorption)하거나, 상기 흡착제(AD)에 흡착된 증기(VP1, VP2)를 탈착(desorption)할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)에 제공되는 증기(VP1, VP2)는 해수(sea water)가 증발된 증기일 수 있다. 또한, 상기 증기(VP1, VP2)는 상대적으로 고온인 제1 증기(VP1) 및 상대적으로 저온인 제2 증기(VP2)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 베드(110) 내에서 증기(VP1, VP2)를 흡착하는 경우, 상기 제1 냉온 유로(112)에 상기 냉각 유체(CF)를 공급하여, 상기 제1 냉온 유로(112) 주위의 상기 흡착제(AD)의 온도를 감소시킬 수 있다. 상기 흡착제(AD)가 증기(VP1, VP2)를 흡착하는 흡착 반응은 발열 반응으로, 상기 제1 베드(110) 내부의 온도를 증가시킬 수 있다. 상기 제1 베드(110) 내부의 온도 증가는 상기 흡착제(AD)의 흡착량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 냉온 유로(112)에 상기 냉각 유체(CF)를 공급함으로써, 상기 흡착제(AD)의 온도를 감소시켜 흡착량 감소를 방지할 수 있다. 반면, 상기 제1 베드(110) 내에서 상기 증기(VP1, VP2)를 탈착하는 경우, 상기 제1 냉온 유로(112)에 상기 가열 유체(HF)를 공급하여, 상기 제1 냉온 유로(112) 주위의 상기 흡착제(AD)의 온도를 증가시킬 수 있다. 상기 흡착제(AD)의 온도가 증가되는 경우, 증기(VP1, VP2)를 흡착한 상기 흡착제(AD)로부터 증기(VP1, VP2)가 용이하게 탈착될 수 있다.
즉, 증기(VP1, VP2)를 흡착하는 경우, 상기 제1 베드(110)의 상기 제1 냉온 유로(112) 내로 상기 냉각 유체(CF)가 공급될 수 있다. 이와 달리, 증기(VP1, VP2)를 탈착하는 경우, 상기 제1 베드(110)의 상기 제1 냉온 유로(112) 내로 상기 가열 유체(HF)가 공급될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베드(110)는 제1 저온 증기 유입구(110a), 제1 고온 증기 유입구(110b), 제1 증기 유출구(110c), 제1 유체 유입구(110d), 및 제1 유체 유출구(110e)를 포함할 수 있다.
상기 제1 저온 증기 유입구(110a)는 상기 제2 증기(VP2)가 유입되는 제1 증기 라인(11)과 연결되고, 상기 제1 증기 라인(11)과 상기 제1 저온 증기 유입구(110a) 사이에는 제1 가스 밸브(GV1)가 배치되어, 상기 제1 베드(110)로 공급되는 상기 제2 증기(VP2)의 유량이 제어될 수 있다.
상기 제1 고온 증기 유입구(110b)는 상기 제1 증기(VP1)가 유입되는 제2 증기 라인(12)과 연결되고, 상기 제2 증기 라인(12)과 상기 제1 고온 증기 유입구(110b) 사이에는 제2 가스 밸브(GV2)가 배치되어, 상기 제1 베드(110)로 공급되는 상기 제1 증기(VP1)의 유량이 제어될 수 있다.
상기 제1 증기 유출구(110c)는 상기 제1 베드(110)로부터 배출되는 증기가 이동되는 제3 증기 라인(13)과 연결되고, 상기 제3 증기 라인(13)에는 제3 가스 밸브(GV3)가 배치되어, 상기 제1 베드(110)로부터 배출되는 증기의 유량이 제어될 수 있다.
상기 제1 유체 유입구(110d)는 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)가 유입되는 제1 유체 라인(51)과 연결되고, 상기 제1 유체 라인(51)을 통해 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)가 상기 제1 베드(110)의 상기 제1 냉온 유로(112)로 공급될 수 있다. 상기 제1 유체 유출구(110e)는 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)가 배출되는 제2 유체 라인(52)과 연결되어, 상기 제2 유체 라인(52)을 통해 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)가 상기 제1 베드(110)의 상기 제1 냉온 유로(112)로부터 배출될 수 있다.
상기 제2 베드(120)에서 증기(VP1, VP2)를 흡착하는 경우, 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122) 내로 상기 냉각 유체(CF)가 공급될 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 베드(120)에서 증기(VP1, VP2)를 탈착하는 경우, 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122) 내로 상기 가열 유체(HF)가 공급될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 베드(120)는 제2 저온 증기 유입구(120a), 제2 고온 증기 유입구(120b), 제2 증기 유출구(120c), 제2 유체 유입구(120d), 및 제2 유체 유출구(120e)를 포함할 수 있다.
상기 제2 저온 증기 유입구(120a)는 상기 제2 증기(VP2)가 유입되는 제1 증기 라인(11)과 연결되고, 상기 제1 증기 라인(11)과 상기 제2 저온 증기 유입구(120a) 사이에는 제4 가스 밸브(GV4)가 배치되어, 상기 제2 베드(120)로 공급되는 상기 제2 증기(VP2)의 유량이 제어될 수 있다.
상기 제2 고온 증기 유입구(120b)는 상기 제1 증기(VP1)가 유입되는 제2 증기 라인(12)과 연결되고, 상기 제2 증기 라인(12)과 상기 제2 고온 증기 유입구(120b) 사이에는 제5 가스 밸브(GV5)가 배치되어, 상기 제2 베드(120)로 공급되는 상기 제1 증기(VP1)의 유량이 제어될 수 있다.
상기 제2 증기 유출구(120c)는 상기 제2 베드(120)로부터 배출되는 증기가 이동되는 제4 증기 라인(14)과 연결되고, 상기 제4 증기 라인(14)에는 제6 가스 밸브(GV6)가 배치되어, 상기 제2 베드(120)로부터 배출되는 증기의 유량이 제어될 수 있다.
상기 제2 유체 유입구(120d)는 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)가 유입되는 제4 유체 라인(54)과 연결되고, 상기 제4 유체 라인(54)을 통해 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)가 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122)로 공급될 수 있다. 상기 제2 유체 유출구(120e)는 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)가 배출되는 제5 유체 라인(55)과 연결되어, 상기 제5 유체 라인(55)을 통해 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)가 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122)로부터 배출될 수 있다.
상기 제3 베드(130)에서 증기(VP1, VP2)를 흡착하는 경우, 상기 제3 베드(130)의 상기 제3 냉온 유로(132) 내로 상기 냉각 유체(CF)가 공급될 수 있다. 이와 달리, 상기 제3 베드(130)에서 증기(VP1, VP2)를 탈착하는 경우, 상기 제3 베드(130)의 상기 제3 냉온 유로(132) 내로 상기 가열 유체(HF)가 공급될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 베드(130)는 제3 저온 증기 유입구(130a), 제3 고온 증기 유입구(130b), 제3 증기 유출구(130c), 제3 유체 유입구(130d), 및 제2 유체 유출구(130e)를 포함할 수 있다.
상기 제3 저온 증기 유입구(130a)는 상기 제2 증기(VP2)가 유입되는 제1 증기 라인(11)과 연결되고, 상기 제1 증기 라인(11)과 상기 제3 저온 증기 유입구(130a) 사이에는 제7 가스 밸브(GV7)가 배치되어, 상기 제3 베드(130)로 공급되는 상기 제2 증기(VP2)의 유량이 제어될 수 있다.
상기 제3 고온 증기 유입구(130b)는 상기 제1 증기(VP1)가 유입되는 제2 증기 라인(12)과 연결되고, 상기 제2 증기 라인(12)과 상기 제3 고온 증기 유입구(130b) 사이에는 제8 가스 밸브(GV8)가 배치되어, 상기 제3 베드(130)로 공급되는 상기 제1 증기(VP1)의 유량이 제어될 수 있다.
상기 제3 증기 유출구(130c)는 상기 제3 베드(130)로부터 배출되는 증기가 이동되는 제5 증기 라인(15)과 연결되고, 상기 제5 증기 라인(15)에는 제9 가스 밸브(GV9)가 배치되어, 상기 제2 베드(130)로부터 배출되는 증기의 유량이 제어될 수 있다.
상기 제3 유체 유입구(130d)는 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)가 유입되는 제7 유체 라인(57)과 연결되고, 상기 제7 유체 라인(57)을 통해 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)가 상기 제3 베드(130)의 상기 제3 냉온 유로(132)로 공급될 수 있다. 상기 제3 유체 유출구(130e)는 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)가 배출되는 제8 유체 라인(58)과 연결되어, 상기 제8 유체 라인(58)을 통해 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)가 상기 제3 베드(130)의 상기 제3 냉온 유로(132)로부터 배출될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베드(110)와 상기 제2 베드(120)는 제7 증기 라인(17)을 통해 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제7 증기 라인(17)을 통해 상기 제1 베드(110)와 상기 제2 베드(120) 사이에 증기의 이동이 이루어질 수 있다. 상기 제7 증기 라인(17)에는 제10 가스 밸브(GV10)가 배치되어, 상기 제1 베드(110)와 상기 제2 베드(120) 사이에 이동되는 증기의 유량이 제어될 수 있다.
또한, 상기 제2 베드(120)와 상기 제3 베드(130)는 제8 증기 라인(18)을 통해 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제8 증기 라인(18)을 통해 상기 제2 베드(120)와 상기 제3 베드(130) 사이에 증기의 이동이 이루어질 수 있다. 상기 제8 증기 라인(18)에는 제11 가스 밸브(GV11)가 배치되어, 상기 제2 베드(120)와 상기 제3 베드(130) 사이에 이동되는 증기의 유량이 제어될 수 있다.
또한, 상기 제1 베드(110)와 상기 제3 베드(130)는 제9 증기 라인(19)을 통해 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제9 증기 라인(19)을 통해 상기 제1 베드(110)와 상기 제3 베드(130) 사이에 증기의 이동이 이루어질 수 있다. 상기 제9 증기 라인(19)에는 제12 가스 밸브(GV12)가 배치되어, 상기 제1 베드(110)와 상기 제3 베드(130) 사이에 이동되는 증기의 유량이 제어될 수 있다.
응축 모듈(200)
상기 응축 모듈(200)은, 응축기(210), 및 담수 탱크(220)를 포함할 수 있다. 상기 응축기(210)는, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)로부터 배출된 증기를 제공받고, 제공받은 증기를 응축시켜 고순도(purity)의 담수를 생성할 수 있다. 상기 응축기(210)에서 생성된 담수는, 상기 담수 탱크(220)로 이동되어 저장될 수 있다. 또한, 상기 담수 탱크(220)에 저장된 상기 담수는, 상기 응축기(210)로 다시 제공되어 증기의 응축에 필요한 냉각수로 사용될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)로부터 배출된 증기는, 제6 증기 라인(16)을 따라 상기 응축기(210)로 제공될 수 있다. 상기 응축기(210) 및 상기 담수 탱크(220)는 제1 담수 라인(21) 및 제2 담수 라인(22)으로 연결될 수 있다. 상기 제1 담수 라인(21)은 상기 응축기(210)로부터 배출된 담수가 상기 담수 탱크(220)로 이동되는 경로를 제공할 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 담수 라인(22)은 상기 담수 탱크(220)로부터 배출된 담수가 상기 응축기(210)로 이동되는 경로를 제공할 수 있다. 상기 제1 담수 라인(21) 및 상기 제2 담수 라인(22)에는 각각, 제1 담수 밸브(LV1) 및 제2 담수 밸브(LV2)가 배치되어, 이동되는 담수의 유량이 제어될 수 있다.
가열 유체 모듈(300)
상기 가열 유체 모듈(300)은, 가열 유체 탱크(310), 제1 펌프(320), 및 히터(330)를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)에 상기 가열 유체(WF)를 공급할 수 있다. 상기 가열 유체 탱크(310)에는 상기 가열 유체(WF)가 저장될 수 있다. 상기 가열 유체(WF)는, 상기 가열 유체 탱크(310)로부터 유출된 후, 상기 제1 펌프(320) 및 상기 히터(330)를 거쳐, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)에 공급될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가열 유체 탱크(310) 및 상기 제1 펌프(320)는 제1 가열 라인(31)을 통해 연결되고, 상기 제1 펌프(320) 및 상기 히터(330)는 제2 가열 라인(32)을 통해 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 가열 유체 탱크(310)로부터 유출된 상기 가열 유체(WF)는 상기 제1 가열 라인(31), 상기 제1 펌프(320), 상기 제2 가열 라인(32)을 순차적으로 거쳐 상기 히터(320)에 제공될 수 있다.
상기 히터(320)로부터 유출된 상기 가열 유체(WF)는, 제3 가열 라인(33), 제3 순환 라인(62), 및 상기 제1 유체 라인(51)을 순차적으로 거쳐 상기 제1 베드(110)의 상기 제1 냉온 유로(112)로 공급될 수 있다. 또한, 상기 히터(320)로부터 유출된 상기 가열 유체(WF)는, 상기 제3 가열 라인(33), 상기 제3 순환 라인(62), 및 상기 제4 유체 라인(54)을 순차적으로 거쳐 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122)로 공급될 수 있다. 또한, 상기 히터(320)로부터 유출된 상기 가열 유체(WF)는, 상기 제3 가열 라인(33), 상기 제3 순환 라인(62), 및 상기 제7 유체 라인(57)을 순차적으로 거쳐 상기 제3 베드(130)의 상기 제3 냉온 유로(132)로 공급될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가열 유체 탱크(310)로부터 유출된 상기 가열 유체(WF)는 상기 제3 순환 라인(62)을 통해 상기 가열 유체 탱크(310)로 순환 제공될 수 있다. 또한, 상기 제2 가열 라인(32)과 상기 제3 가열 라인(33)은 제4 가열 라인(34)으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 히터(330)를 통한 열처리가 충분하게 이루어 지지 않은 경우, 상기 히터(330)로부터 유출된 상기 가열 유체(WF)가 상기 제4 가열 라인(34)을 통해 상기 히터(330)로 재공급 될 수 있다.
냉각 유체 모듈(400)
상기 냉각 유체 모듈(400)은, 냉각 유체 탱크(410), 제2 펌프(420), 및 쿨러(430)를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)에 상기 냉각 유체(CF)를 공급할 수 있다. 상기 냉각 유체 탱크(410)에는 상기 냉각 유체(CF)가 저장될 수 있다. 상기 냉각 유체(CF)는, 상기 냉각 유체 탱크(410)로부터 유출된 후, 상기 제2 펌프(420) 및 상기 쿨러(430)를 거쳐, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)에 공급될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 냉각 유체 탱크(410) 및 상기 제2 펌프(420)는 제1 냉각 라인(41)을 통해 연결되고, 상기 제2 펌프(420) 및 상기 쿨러(430)는 제2 냉각 라인(42)을 통해 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 냉각 유체 탱크(410)로부터 유출된 상기 냉각 유체(CF)는 상기 제1 냉각 라인(41), 상기 제2 펌프(420), 및 상기 제2 냉각 라인(42)을 순차적으로 거쳐 상기 쿨러(430)에 제공될 수 있다.
상기 쿨러(430)로부터 유출된 상기 냉각 유체(CF)는, 제3 냉각 라인(43) 및 제1 유체 라인(51)을 순차적으로 거쳐 상기 제1 베드(110)의 상기 제1 냉온 유로(112)로 공급될 수 있다. 또한, 상기 쿨러(430)로부터 유출된 상기 냉각 유체(CF)는, 상기 제3 냉각 라인(43) 및 상기 제4 유체 라인(54)을 순차적으로 거쳐 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122)로 공급될 수 있다. 또한, 상기 쿨러(43)로부터 유출된 상기 냉각 유체(CF)는, 상기 제3 냉각 라인(43) 및 상기 제7 유체 라인(57)을 순차적으로 거쳐 상기 제3 베드(130)의 상기 제3 냉온 유로(132)로 공급될 수 있다.
증발 모듈(500)
도 5를 참조하면, 상기 증발 모듈(500)은 제1 증기 생성기(510), 제2 증기 생성기(520), 및 제3 증기 생성기(530)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 증발 모듈(500)이 상기 제1 내지 제3 증기 생성기(510, 520, 530)를 포함하는 것으로 설명되지만, 상기 증발 모듈(500)이 포함하는 증기 생성기의 수는 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 증발 모듈(500)은 제1 및 제2 증기 생성기를 포함하여 구성될 수도 있고, 제1 내지 제4 증기 생성기를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 제1 증기 생성기(510)는 제1 열원 유로(511), 제1 해수 분사 유로(512), 제1 증기 수집 유로(513), 제1 해수 수집 유로(514), 및 제1 저장 탱크(515)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 증기 생성기(510)는 복수의 상기 제1 열원 유로(511)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 증기 생성기(510)에는 4개의 제1 열원 유로(511)가 배치될 수 있다. 상기 제1 열원 유로(511)의 개수는 제한되지 않는다.
상기 제1 열원 유로(511)에는 외부로부터 열원(Heat source, HS)이 유입될 수 있다. 상기 제1 열원 유로(511)는 상기 제1 증기 생성기(510) 내부에서 상기 열원이 이동되는 경로를 제공할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 열원(HS)은 고온의 담수(fresh water)일 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 상기 열원(HS)은 고온의 증기(vapor)일 수 있다.
상기 제1 해수 분사 유로(512)에는 해수(SW)가 유입될 수 있다. 상기 제1 해수 분사 유로(512)는 상기 제1 증기 생성기(510) 내부로 유입된 해수(SW)가 이동되는 경로를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제1 해수 분사 유로(512)는 내부에 유입된 해수(SW)를 상기 제1 열원 유로(511)를 향하여 분사할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 열원 유로(511)를 향하여 분사된 해수(SW)는, 상대적으로 고온의 상기 제1 열원 유로(511) 내의 상기 열원(HS)과 열 교환하여 증발될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 열원 유로(511) 주위에는 해수(SW)가 증발된 제1 기체(S1)가 생성될 수 있다.
상기 제1 증기 수집 유로(513)는 상기 제1 기체(S1)를 수집하고, 수집된 상기 제1 기체(S1)가 이동되는 경로를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제1 증기 수집 유로(513)는 수집된 상기 제1 기체(S1)를 상기 제2 증기 생성기(520)로 제공할 수 있다.
상기 제1 해수 수집 유로(514)는 상기 제1 해수 분사 유로(512)로부터 분사된 해수(SW)가 증발되고 남은 해수(SW)를 수집할 수 있다. 또한, 상기 제1해수 수집 유로(514)는 증발되고 남은 해수(SW)가 상기 제1 증기 생성기(510) 내에서 이동되는 경로를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제1 해수 수집 유로(514)는 증발되고 남은 해수(SW)를 상기 제2 증기 생성기(520)로 제공할 수 있다.
상기 제1 저장 탱크(515)는 상기 제1 열원 유로(511)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 저장 탱크(515)는 상기 열원(HS)이 해수(SW)와의 열교환을 통하여 응축된 제1 담수(FW1)를 저장할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 열원(HS)이 고온의 담수인 경우, 상기 제1 담수(FW1)는 고온의 담수의 온도가 감소된 것일 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 상기 열원(HS)이 고온의 증기인 경우, 상기 제1 담수(FW1)는 고온의 증기의 온도가 비등점 이하로 감소됨에 따라 응축된 것일 수 있다. 또한, 상기 제1 저장 탱크(515)는 상기 제1 담수(FW1)를 상기 제2 증기 생성기(520)로 제공할 수 있다.
상기 제2 증기 생성기(520)는 제2 열원 유로(521), 제2 해수 분사 유로(522), 제2 증기 수집 유로(523), 제2 해수 수집 유로(524), 및 제2 담수 저장탱크(525)를 포함할 수 있다.
상기 제2 열원 유로(521)에는 상기 제1 증기 수집 유로(513)로부터 제공된 상기 제1 기체(S1)가 유입될 수 있다. 상기 제2 열원 유로(521)는 상기 제2 증기 생성기(520) 내부에서 상기 제1 기체(S1)가 이동되는 경로를 제공할 수 있다.
상기 제2 해수 분사 유로(522)에는 해수(SW)가 유입될 수 있다. 상기 제2 해수 분사 유로(522)는 상기 제2 증기 생성기(520) 내부로 유입된 해수(SW)가 이동되는 경로를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제2 해수 분사 유로(122)는 내부에 유입된 해수(SW)를 상기 제2 열원 유로(521)를 향하여 분사할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 열원 유로(521)를 향하여 분사된 해수(SW)는, 상대적으로 고온의 상기 제2 열원 유로(521) 내의 상기 제1 기체(S1)과 열 교환하여 증발될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 열원 유로(521) 주위에는 해수(SW)가 증발된 제2 기체(S2)가 생성될 수 있다.
상기 제2 증기 수집 유로(523)는 상기 제2 기체(S2)를 수집하고, 수집된 상기 제2 기체(S2)가 이동되는 경로를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제2 증기 수집 유로(523)는 수집된 상기 제2 기체(S2)를 상기 제3 증기 생성기(530)로 제공할 수 있다.
상기 제2 해수 수집 유로(524)는 상기 제2 해수 분사 유로(522)로부터 분사된 해수(SW)가 증발되고 남은 해수(SW)를 수집할 수 있다. 또한, 상기 제2 해수 수집 유로(524)는 증발되고 남은 해수(SW)가 상기 제2 증기 생성기(520) 내에서 이동되는 경로를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제2 해수 수집 유로(524)는 증발되고 남은 해수(SW)를 상기 제3 증기 생성기(530)로 제공할 수 있다.
상기 제2 담수 저장탱크(525)는 상기 제2 열원 유로(521)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 담수 저장탱크(525)는 상기 제1 기체(VP1)가 해수(SW)와의 열교환을 통하여 응축된 제2 담수(FW2)를 저장할 수 있다. 또한, 상기 제2 저장 탱크(525)는 상기 제2 담수(FW2)를 상기 제3 증기 생성기(530)로 제공할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 저장 탱크(525)에는 상술된 바와 같이 상기 제1 저장 탱크(515)로부터 상기 제1 담수(FW1)가 제공됨에 따라, 상기 제2 담수(FW2)는 상기 제1 담수(FW1)를 포함할 수 있다.
상기 제3 증기 생성기(530)는 제3 열원 유로(531), 제3 해수 분사 유로(532), 제3 증기 수집 유로(533), 제3 해수 수집 유로(534), 및 제3 저장 탱크(535)를 포함할 수 있다.
상기 제3 열원 유로(531)에는 상기 제2 증기 수집 유로(523)로부터 제공된 상기 제2 기체(S2)가 유입될 수 있다. 상기 제3 열원 유로(531)는 상기 제3 증기 생성기(530) 내부에서 상기 제2 기체(S2)가 이동되는 경로를 제공할 수 있다.
상기 제3 해수 분사 유로(532)에는 해수(SW)가 유입될 수 있다. 상기 제3 해수 분사 유로(532)는 상기 제3 증기 생성기(530) 내부로 유입된 해수(SW)가 이동되는 경로를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제3 해수 분사 유로(532)는 내부에 유입된 해수(SW)를 상기 제3 열원 유로(531)를 향하여 분사할 수 있다. 이 경우, 상기 제3 열원 유로(531)를 향하여 분사된 해수(SW)는, 상대적으로 고온의 상기 제3 열원 유로(531) 내의 상기 제2 기체(S2)와 열 교환하여 증발될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 열원 유로(531) 주위에는 해수(SW)가 증발된 제3 증기(S3)가 생성될 수 있다. 상기 제3 증기 수집 유로(533)는 상기 제3 기체(S3)를 수집하고, 수집된 상기 제3 기체(S3)가 이동되는 경로를 제공할 수 있다.
상기 제3 해수 수집 유로(534)는 상기 제3 해수 분사 유로(532)로부터 분사된 해수(SW)가 증발되고 남은 해수(SW)를 수집할 수 있다. 또한, 상기 제3 해수 수집 유로(534)는 증발되고 남은 해수(SW)가 상기 제3 증기 생성기(530) 내에서 이동되는 경로를 제공할 수 있다.
상기 제3 담수 저장탱크(535)는 상기 제3 열원 유로(531)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 제3 담수 저장탱크(535)는 상기 제2 기체(S2)가 해수(SW)와의 열교환을 통하여 응축된 제3 담수(FW3)를 저장할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 증기 생성기(510, 520, 530)로부터 생성된 상기 제1 내지 제3 기체(S1, S2, S3)는 서로 다른 온도를 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 증기 생성기(510)로부터 생성된 상기 제1 기체(S1)의 온도는, 상기 제2 증기 생성기(520)로부터 생성된 상기 제2 기체(S2)의 온도보다 높을 수 있다. 또한, 상기 제2 증기 생성기(520)로부터 생성된 상기 제2 기체(S2)의 온도는, 상기 제3 증기 생성기(530)로부터 생성된 상기 제3 기체(S3)의 온도보다 높을 수 있다.
상기 제1 내지 제3 증기 생성기(510, 520, 530)로부터 생성된 상기 제1 내지 제3 기체(S1, S2, S3)는, 상기 베드 모듈(100)과 연결된 상기 제1 증기 라인(11) 또는 상기 제2 증기 라인(12)으로 공급될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 기체(S1, S3, S3) 중 상대적으로 고온의 기체는 상기 제2 증기 라인(12)으로 공급되고, 상대적으로 저온의 기체는 상기 제1 증기 라인(11)으로 공급될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 기체(S1)가 상기 제2 증기 라인(12)으로 공급되는 경우, 상기 제1 증기 라인(11)에는 상기 제2 기체(S2) 또는 상기 제3 기체(S3)가 공급될 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 기체(S2)가 상기 제2 증기 라인(12)으로 공급되는 경우, 상기 제1 증기 라인(11)에는 상기 제3 기체(S3)가 공급될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 기체(S1, S2, S3) 중 상기 제2 증기 라인(12)으로 공급되는 기체는, 상기 제1 증기(VP1)로 정의될 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 내지 제3 기체(S1, S2, S3) 중 상기 제1 증기 라인(11)으로 공급되는 기체는, 상기 제2 증기(VP2)로 정의될 수 있다.
즉, 상기 증발 모듈(500)은 해수(seawater)를 증발시켜 해수로부터 상기 제1 기체(S1)를 생성하는 상기 제1 증기 생성기(510), 상기 제1 증기 생성기(510)로부터 상기 제1 기체(S1)를 제공받아, 상기 제1 기체(S1)를 열원으로 사용하여 해수를 증발시켜 상기 제2 기체(S2)를 생성하는 상기 제2 증기 생성기(520), 및 상기 제2 증기 생성기(520)로부터 상기 제2 기체(S2)를 제공받아, 상기 제2 기체(S2)를 열원으로 사용하여 해수를 증발시켜 상기 제3 기체(S3)를 생성하는 상기 제3 증기 생성기(530)를 포함하되, 상기 증발 모듈(500)로부터 생성된 기체는, 상기 베드 모듈(100)로 공급될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 각 구성이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 동작이 설명된다. 또한, 상기 다단 흡착식 담수화 장치의 동작 방법을 통해, 다단 흡착식 담수화 방법도 함께 설명된다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 제1 사이클을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 제2 사이클을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 제3 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
저압 흡착 모드, 고압 흡착 모드, 탈착 모드
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 저압 흡착 모드, 고압 흡착 모드, 및 탈착 모드로 동작될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 저압 흡착 모드는, 상대적으로 저온의 증기인 상기 제2 증기(VP2)를 제공받아, 상대적으로 저압에서 흡착하는 모드로 정의될 수 있다. 이와 달리, 상기 고압 흡착 모드는, 상대적으로 고온의 증기인 상기 제1 증기(VP1)를 제공받아, 상대적으로 고압에서 흡착하는 모드로 정의될 수 있다. 이와 달리, 상기 탈착 모드는, 흡착된 증기를 탈착하는 모드로 정의될 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 상기 저압 흡착 모드, 고압 흡착 모드, 및 탈착 모드를 포함하는 동작 사이클을 반복 수행하되, 동시에 서로 다른 모드로 동작될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베드(110)는 상기 저압 흡착 모드로 동작되고, 상기 제2 베드(120)는 상기 고압 흡착 모드로 동작되며, 상기 제3 베드(130)는 상기 탈착 모드로 동작되는 제1 사이클, 상기 제1 베드(120)는 상기 고압 흡착 모드로 동작되고, 상기 제2 베드(120)는 상기 탈착 모드로 동작되며, 상기 제3 베드(130)는 상기 저압 흡착 모드로 동작되는 제2 사이클, 상기 제1 베드(110)는 상기 탈착 모드로 동작되고, 상기 제2 베드(120)는 상기 저압 흡착 모드로 동작되며, 상기 제3 베드는 상기 고압 흡착 모드로 동작되는 제3 사이클이 반복 수행될 수 있다.
즉, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 저압 흡착 모드-고압 흡착 모드-탈착 모드가 순차적으로 반복 순환되되, 서로 다른 모드로 동작될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 베드의 동작은 아래의 <표 1>을 통해 정리될 수 있다.
구분 제1 사이클 제2 사이클 제3 사이클
제1 베드(110) 저압 흡착 모드 고압 흡착 모드 탈착 모드
제2 베드(120) 고압 흡착 모드 탈착 모드 저압 흡착 모드
제3 베드(130) 탈착 모드 저압 흡착 모드 고압 흡착 모드
보다 구체적으로, 상기 제1 사이클의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 증기 라인(11)을 통해 상기 제2 증기(VP2)가 상기 제1 베드(110)로 공급되고, 상기 제1 유체 라인(51)을 통해 상기 냉각 유체(CF)가 상기 제1 베드(110)의 상기 제1 냉온 유로(112)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 베드(110)에서는 상기 흡착제(AD)를 통해 상기 제2 증기(VP2)가 상대적으로 저압 환경에서 흡착될 수 있다. 또한, 상기 제2 증기 라인(12)을 통해 상기 제1 증기(VP1)가 상기 제2 베드(120)로 공급되고, 상기 제4 유체 라인(54)을 통해 상기 냉각 유체(CF)가 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 베드(120)에서는 상기 흡착제(AD)를 통해 상기 제1 증기(VP1)가 상대적으로 고압 환경에서 흡착될 수 있다. 또한, 상기 제3 베드(130)의 상기 제3 냉온 유로(132)에는 상기 제7 유체 라인(57)을 통해 상기 가열 유체(WF)가 공급되어, 상기 흡착제(AD)에 흡착되어 있던 상기 제1 증기(VP1) 및 상기 제2 증기(VP2)의 혼합 증기가 탈착될 수 있다. 상기 탈착된 증기(VP)는 상기 제3 베드(130)로부터 유출된 후 상기 제5 증기 라인(15) 및 제6 증기 라인(16)을 순차적으로 거쳐, 상기 응축기(210)로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 베드(110, 120)에서 사용된 상기 냉각 유체(CF)는, 상기 냉각 유체 모듈(400)을 거쳐 상기 제1 및 제2 베드(110, 120)로 순환 공급될 수 있다. 또한, 상기 제3 베드(130)에서 사용된 상기 가열 유체(HF)는, 상기 가열 유체 모듈(300)을 거쳐 상기 제3 베드(130)로 순환 공급될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 베드(110)의 상기 제1 냉온 유로(112)로부터 유출된 상기 냉각 유체(CF)는, 제2 유체 라인(52), 제3 유체 라인(53), 및 제2 순환 라인(61)을 거쳐 상기 냉각 유체 모듈(400)의 상기 냉각 유체 탱크(410)로 제공된 후, 상기 제1 냉각 라인(41), 상기 제2 펌프(420), 상기 제2 냉각 라인(42), 상기 쿨러(430), 제3 냉각 라인(43), 및 상기 제1 유체 라인(51)을 거쳐 상기 제1 베드(110)로 순환 공급될 수 있다. 또한, 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122)로부터 유출된 상기 냉각 유체(CF)는, 제5 유체 라인(55), 제6 유체 라인(56), 및 제2 순환 라인(61)을 거쳐 상기 냉각 유체 모듈(400)의 상기 냉각 유체 탱크(410)로 제공된 후, 상기 제1 냉각 라인(41), 상기 제2 펌프(420), 상기 제2 냉각 라인(42), 상기 쿨러(430), 제3 냉각 라인(43), 및 상기 제4 유체 라인(54)을 거쳐 상기 제2 베드(120)로 순환 공급될 수 있다. 또한, 상기 제3 베드(130)의 상기 제3 냉온 유로(132)로부터 유출된 상기 가열 유체(HF)는, 제8 유체 라인(58), 및 제1 순환 라인(60)을 거쳐 상기 가열 유체 모듈(300)의 상기 가열 유체 탱크(310)로 제공된 후, 상기 제1 가열 라인(31), 상기 제1 펌프(320), 상기 제2 가열 라인(32), 상기 히터(330), 상기 제3 가열 라인(33), 상기 제3 순환 라인(62), 및 상기 제7 유체 라인(57)을 거쳐 상기 제3 베드(130)로 순환 공급될 수 있다.
이와 달리, 상기 제2 사이클의 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2 증기 라인(12)을 통해 상기 제1 증기(VP1)가 상기 제1 베드(110)로 공급되고, 상기 제1 유체 라인(51)을 통해 상기 냉각 유체(CF)가 상기 제1 베드(110)의 상기 제1 냉온 유로(112)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 베드(110)에서는 상기 흡착제(AD)를 통해 상기 제1 증기(VP1)가 상대적으로 고압 환경에서 흡착될 수 있다. 또한, 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122)에는 상기 제4 유체 라인(54)을 통해 상기 가열 유체(WF)가 공급되어, 상기 흡착제(AD)에 흡착되어 있던 상기 제1 증기(VP1) 및 상기 제2 증기(VP2)의 혼합 증기가 탈착될 수 있다. 상기 탈착된 증기(VP)는 상기 제2 베드(120)로부터 유출된 후 상기 제4 증기 라인(14) 및 제6 증기 라인(16)을 순차적으로 거쳐, 상기 응축기(210)로 제공될 수 있다. 또한, 상기 제1 증기 라인(11)을 통해 상기 제2 증기(VP2)가 상기 제3 베드(130)로 공급되고, 상기 제7 유체 라인(57)을 통해 상기 냉각 유체(CF)가 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 베드(120)에서는 상기 흡착제(AD)를 통해 상기 제2 증기(VP2)가 상대적으로 저압 환경에서 흡착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제3 베드(110, 130)에서 사용된 상기 냉각 유체(CF)는, 상기 냉각 유체 모듈(400)을 거쳐 상기 제1 및 제3 베드(110, 130)로 순환 공급될 수 있다. 또한, 상기 제2 베드(120)에서 사용된 상기 가열 유체(HF)는, 상기 가열 유체 모듈(300)을 거쳐 상기 제2 베드(120)로 순환 공급될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 베드(110)의 상기 제1 냉온 유로(112)로부터 유출된 상기 냉각 유체(CF)는, 제2 유체 라인(52), 제3 유체 라인(53), 및 제2 순환 라인(61)을 거쳐 상기 냉각 유체 모듈(400)의 상기 냉각 유체 탱크(410)로 제공된 후, 상기 제1 냉각 라인(41), 상기 제2 펌프(420), 상기 제2 냉각 라인(42), 상기 쿨러(430), 제3 냉각 라인(43), 및 상기 제1 유체 라인(51)을 거쳐 상기 제1 베드(110)로 순환 공급될 수 있다. 또한, 상기 제3 베드(130)의 상기 제3 냉온 유로(132)로부터 유출된 상기 냉각 유체(CF)는, 상기 제8 유체 라인(58), 제9 유체 라인(59), 및 제2 순환 라인(61)을 거쳐 상기 냉각 유체 모듈(400)의 상기 냉각 유체 탱크(410)로 제공된 후, 상기 제1 냉각 라인(41), 상기 제2 펌프(420), 상기 제2 냉각 라인(42), 상기 쿨러(430), 제3 냉각 라인(43), 및 상기 제7 유체 라인(57)을 거쳐 상기 제3 베드(130)로 순환 공급될 수 있다. 또한, 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122)로부터 유출된 상기 가열 유체(HF)는, 상기 제5 유체 라인(55), 및 제1 순환 라인(60)을 거쳐 상기 가열 유체 모듈(300)의 상기 가열 유체 탱크(310)로 제공된 후, 상기 제1 가열 라인(31), 상기 제1 펌프(320), 상기 제2 가열 라인(32), 상기 히터(330), 상기 제3 가열 라인(33), 상기 제3 순환 라인(62), 및 상기 제4 유체 라인(54)을 거쳐 상기 제2 베드(120)로 순환 공급될 수 있다.
이와 달리, 상기 제3 사이클의 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 베드(110)의 상기 제1 냉온 유로(112)에는 상기 제1 유체 라인(51)을 통해 상기 가열 유체(WF)가 공급되어, 상기 흡착제(AD)에 흡착되어 있던 상기 제1 증기(VP1) 및 상기 제2 증기(VP2)의 혼합 증기가 탈착될 수 있다. 상기 탈착된 증기(VP)는 상기 제1 베드(110)로부터 유출된 후 상기 제3 증기 라인(13) 및 제6 증기 라인(16)을 순차적으로 거쳐, 상기 응축기(210)로 제공될 수 있다. 또한, 상기 제1 증기 라인(11)을 통해 상기 제2 증기(VP2)가 상기 제2 베드(120)로 공급되고, 상기 제4 유체 라인(54)을 통해 상기 냉각 유체(CF)가 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 베드(120)에서는 상기 흡착제(AD)를 통해 상기 제2 증기(VP2)가 상대적으로 저압 환경에서 흡착될 수 있다. 또한, 상기 제2 증기 라인(12)을 통해 상기 제1 증기(VP1)가 상기 제3 베드(130)로 공급되고, 상기 제7 유체 라인(57)을 통해 상기 냉각 유체(CF)가 상기 제3 베드(130)의 상기 제3 냉온 유로(132)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 베드(130)에서는 상기 흡착제(AD)를 통해 상기 제1 증기(VP1)가 상대적으로 고압 환경에서 흡착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 및 제3 베드(120, 130)에서 사용된 상기 냉각 유체(CF)는, 상기 냉각 유체 모듈(400)을 거쳐 상기 제2 및 제3 베드(120, 130)로 순환 공급될 수 있다. 또한, 상기 제1 베드(110)에서 사용된 상기 가열 유체(HF)는, 상기 가열 유체 모듈(300)을 거쳐 상기 제1 베드(110)로 순환 공급될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122)로부터 유출된 상기 냉각 유체(CF)는, 제5 유체 라인(55), 제6 유체 라인(56), 및 제2 순환 라인(61)을 거쳐 상기 냉각 유체 모듈(400)의 상기 냉각 유체 탱크(410)로 제공된 후, 상기 제1 냉각 라인(41), 상기 제2 펌프(420), 상기 제2 냉각 라인(42), 상기 쿨러(430), 제3 냉각 라인(43), 및 상기 제4 유체 라인(54)을 거쳐 상기 제2 베드(120)로 순환 공급될 수 있다. 또한, 상기 제3 베드(130)의 상기 제3 냉온 유로(132)로부터 유출된 상기 냉각 유체(CF)는, 상기 제8 유체 라인(58), 제9 유체 라인(59), 및 제2 순환 라인(61)을 거쳐 상기 냉각 유체 모듈(400)의 상기 냉각 유체 탱크(410)로 제공된 후, 상기 제1 냉각 라인(41), 상기 제2 펌프(420), 상기 제2 냉각 라인(42), 상기 쿨러(430), 제3 냉각 라인(43), 및 상기 제7 유체 라인(57)을 거쳐 상기 제3 베드(130)로 순환 공급될 수 있다. 또한, 상기 제1 베드(110)의 상기 제1 냉온 유로(112)로부터 유출된 상기 가열 유체(HF)는, 상기 제2 유체 라인(52), 및 제1 순환 라인(60)을 거쳐 상기 가열 유체 모듈(300)의 상기 가열 유체 탱크(310)로 제공된 후, 상기 제1 가열 라인(31), 상기 제1 펌프(320), 상기 제2 가열 라인(32), 상기 히터(330), 상기 제3 가열 라인(33), 상기 제3 순환 라인(62), 및 상기 제1 유체 라인(51)을 거쳐 상기 제1 베드(110)로 순환 공급될 수 있다.
상기 제1 내지 제9 유체 라인(51~59), 및 상기 제1 내지 제3 순환 라인(60, 61, 62)에는 제 1 내지 제18 유체 밸브(FV1~FV18)가 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 유체 밸브(FV1)는 상기 제1 유체 라인(51)에 배치되어, 상기 제3 순환 라인(62)으로부터 상기 제1 유체 라인(51)으로 유입되는 상기 가열 유체(WF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제2 유체 밸브(FV2)는 상기 제3 냉각 라인(43)에 배치되어, 상기 제3 냉각 라인(43)으로부터 상기 제1 유체 라인(51)으로 유입되는 상가 냉각 유체(CF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제3 유체 밸브(FV3)는 상기 제4 유체 라인(54)에 배치되어, 상기 제3 순환 라인(62)으로부터 상기 제4 유체 라인(54)으로 유입되는 상기 가열 유체(WF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제4 유체 밸브(FV4)는 상기 제3 냉각 라인(43)에 배치되어, 상기 제3 냉각 라인(43)으로부터 상기 제4 유체 라인(54)으로 유입되는 상기 냉각 유체(CF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제5 유체 밸브(FV5)는 상기 제7 유체 라인(57)에 배치되어, 상기 제3 순환 라인(62)으로부터 상기 제7 유체 라인(57)으로 유입되는 상기 가열 유체(WF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제6 유체 밸브(FV6)는 상기 제3 냉각 라인(43)에 배치되어, 상기 제3 냉각 라인(43)으로부터 상기 제7 유체 라인(57)으로 유입되는 상기 냉각 유체(CF)의 유량을 제어할 수 있다.
상기 제7 유체 밸브(FV7)는 상기 제2 유체 라인(52)에 배치되어, 상기 제2 유체 라인(52)으로부터 상기 제1 순환 라인(60)으로 유입되는 상기 가열 유체(WF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제8 유체 밸브(FV8)는 상기 제3 유체 라인(53)에 배치되어, 상기 제2 유체 라인(52)으로부터 상기 제3 유체 라인(53)을 거쳐 상기 제2 순환 라인(61)으로 유입되는 상기 냉각 유체(CF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제9 유체 밸브(FV9)는 상기 제5 유체 라인(55)에 배치되어, 상기 제5 유체 라인(55)으로부터 상기 제1 순환 라인(60)으로 유입되는 상기 가열 유체(WF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제10 유체 밸브(FV10)는 상기 제6 유체 라인(56)에 배치되어, 상기 제5 유체 라인(55)으로부터 상기 제6 유체 라인(56)을 거쳐 상기 제2 순환 라인(61)으로 유입되는 상기 냉각 유체(CF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제11 유체 밸브(FV11)는 상기 제8 유체 라인(58)에 배치되어, 상기 제8 유체 라인(58)으로부터 상기 제1 순환 라인(60)으로 유입되는 상기 가열 유체(WF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제12 유체 밸브(FV12)는 상기 제9 유체 라인(59)에 배치되어, 상기 제8 유체 라인(58)으로부터 상기 제9 유체 라인(59)을 거쳐 상기 제2 순환 라인(61)으로 유입되는 상기 냉각 유체(CF)의 유량을 제어할 수 있다.
상기 제13 유체 밸브(FV13)는 상기 제5 유체 라인(55)과 상기 제1 유체 라인(51)을 연결하는 제7 순환 라인(66)에 배치되어, 상기 제2 베드(120)로부터 상기 제1 베드(110)로 유입되는 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제14 유체 밸브(FV14)는 상기 제8 유체 라인(58)과 상기 제4 유체 라인(54)을 연결하는 제6 순환 라인(65)에 배치되어, 상기 제3 베드(130)로부터 상기 제2 베드(120)로 유입되는 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제15 유체 밸브(FV15)는 상기 제2 유체 라인(52)과 상기 제7 유체 라인(57)을 연결하는 제5 순환 라인(64)에 배치되어, 상기 제1 베드(110)로부터 상기 제3 베드(130)로 유입되는 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)의 유량을 제어할 수 있다. 상기 제16 유체 밸브(FV16)는 상기 제2 유체 라인(52)과 상기 제4 유체 라인(54)을 연결하는 제4 순환 라인(63)에 배치되어, 상기 제1 베드(110)로부터 상기 제2 베드(120)로 유입되는 상기 냉각 유체(CF) 또는 상기 가열 유체(HF)의 유량을 제어할 수 있다.
상기 제17 유체 밸브(FV17)는 상기 제3 순환 라인(62)에 배치되어, 상기 가열 유체 탱크(310)로 유입되는 상기 가열 유체(WF)의 유량을 제어하고, 상기 제18 유체 밸브(FV18)는 상기 제2 순환 라인(61)에 배치되어, 상기 냉각 유체 탱크(410)로 유입되는 상기 냉각 유체(CF)의 유량을 제어할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 각각 2회의 흡착(저압 흡착-고압 흡착)을 수행한 후, 탈착을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 응축기(210)를 통한 상기 담수 생성 효율이 향상되고, 상기 담수의 순도가 향상될 수 있다. 구체적으로, 해수로부터 증발된 증기를 흡착 및 탈착하는 공정에 있어, 흡착 공정에 필요한 에너지가 탈착 공정에 필요한 에너지보다 클 수 있다. 이에 따라, 흡착 공정과 탈착 공정이 동일한 비율로 수행되는 경우, 흡착 및 탈착이 용이하게 이루어지지 않아, 상기 담수의 생성 효율 및 순도가 저하되는 문제점이 발생될 수 있다. 하지만, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치와 같이, 2회의 흡착(저압 흡착-고압 흡착)을 수행한 후 탈착을 수행하는 경우, 흡착 및 탈착이 용이하게 이루어짐에 따라, 상기 담수의 생성 효율 및 순도가 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치는 상기 저압 흡착 모드, 상기 고압 흡착 모드, 및 상기 탈착 모드 외에도 예열 모드, 및 예냉 모드로 동작될 수 있다. 이하, 예열 모드 및 예냉 모드에 대해 설명된다.
예열 모드 및 예냉 모드
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 예열 모드 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 11 및 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 예냉 모드 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 예열 모드 및 예냉 모드로 동작되는 경우의 제1 내지 제3 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 예열 모드로 동작될 수 있다. 상기 예열 모드는, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 탈착 모드 이전 수행될 수 있다. 또한, 상기 예열 모드는, 상기 고압 흡착 모드로 동작된 베드와 같은 베드에서 수행될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 예열 모드까지 동작되는 시간은, 상기 저압 흡착 모드가 동작되는 시간과 같을 수 있다. 즉, 예를 들어, 상기 제1 베드(110)가 상기 저압 흡착 모드로 동작되는 동안, 상기 제2 베드(120)는 상기 고압 흡착 모드 및 상기 예열 모드로 동작될 수 있다.
상기 예열 모드로 동작하는 베드는, 베드 내부로의 증기 공급 및 상기 냉온 유로 내부로의 상기 냉각 유체(CF) 공급이 중단되고, 상기 냉온 유로 내부로 상기 가열 유체(WF)가 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 예열 모드는, 상기 고압 흡착 모드에 의해 온도가 감소된 상기 흡착제(AD)의 온도를 증가시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 베드(120)가 상기 고압 흡착 모드 및 상기 예열 모드로 동작하는 경우, 상기 제2 증기 라인(12)을 통한 상기 제1 증기(VP1)의 공급 및 상기 제4 유체 라인(54)을 통한 상기 냉각 유체(CF)의 공급이 중단되고, 상기 제4 유체 라인(54)을 통해 상기 제2 냉온 유로(122)로 상기 가열 유체(WF)가 공급될 수 있다.
상기 제2 베드(120)가 상기 고압 흡착 모드 및 상기 예열 모드로 동작되는 경우, 상기 제1 내지 제12 가스 밸브(GV1~GV12)의 제어 상태 및 상기 제1 내지 제18 유체 밸브(FV1~FV18)의 제어 상태는 아래의 <표 2>를 통해 정리된다. 또한, 이 경우, 상기 제1 베드(110)는 상기 저압 흡착 모드로 동작되고, 상기 제3 베드(130)는 상기 탈착 모드로 동작될 수 있다.
구분 제2 베드 동작
고압 흡착 모드 예열 모드
제1 가스 밸브(GV1) O O
제2 가스 밸브(GV2) X X
제3 가스 밸브(GV3) X X
제4 가스 밸브(GV4) X X
제5 가스 밸브(GV5) O X
제6 가스 밸브(GV6) X X
제7 가스 밸브(GV7) X X
제8 가스 밸브(GV8) X X
제9 가스 밸브(GV9) O O
제10 가스 밸브(GV10) X X
제11 가스 밸브(GV11) X X
제12 가스 밸브(GV12) X X
제1 유체 밸브(FV1) X X
제2 유체 밸브(FV2) O O
제3 유체 밸브(FV3) X O
제4 유체 밸브(FV4) O X
제5 유체 밸브(FV5) O O
제6 유체 밸브(FV6) X X
제7 유체 밸브(FV7) X X
제8 유체 밸브(FV8) O O
제9 유체 밸브(FV9) X O
제10 유체 밸브(FV10) O X
제11 유체 밸브(FV11) O O
제12 유체 밸브(FV12) X X
제13 유체 밸브(FV13) X X
제14 유체 밸브(FV14) X X
제15 유체 밸브(FV15) X X
제16 유체 밸브(FV16) X X
제17 유체 밸브(FV17) O O
제18 유체 밸브(FV18) O O
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 예냉 모드로 동작될 수 있다. 상기 예냉 모드는, 상기 탈착 모드 이후 상기 저압 흡착 모드 이전 수행될 수 있다. 또한, 상기 예냉 모드는, 상기 탈착 모드로 동작된 베드와 같은 베드에서 수행될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 탈착 모드 이후 상기 예냉 모드까지 동작되는 시간은, 상기 저압 흡착 모드가 동작되는 시간 또는 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 예열 모드까지 동작되는 시간과 같을 수 있다. 즉, 예를 들어, 상기 제1 베드(110)가 상기 저압 흡착 모드로 동작되는 동안, 상기 제2 베드(120)는 상기 고압 흡착 모드 및 상기 예열 모드로 동작되고, 상기 제3 베드(130)는 상기 탈착 모드 및 상기 예냉 모드로 동작될 수 있다.
상기 예냉 모드로 동작하는 베드는, 베드 외부로의 증기 배출 및 상기 냉온 유로 내부로의 상기 가열 유체(WF) 공급이 중단되고, 상기 냉온 유로 내부로 상기 냉각 유체(CF)가 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 예냉 모드는, 상기 탈착 모드에 의해 온도가 증가된 상기 흡착제(AD)의 온도를 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제3 베드(130)가 상기 탈착 모드 및 상기 예냉 모드로 동작되는 경우, 상기 제5 증기 라인(15)을 통해 상기 제3 베드(130) 외부로의 증기(VP) 배출 및 상기 제7 유체 라인(57)을 통한 상기 가열 유체(WF)의 공급이 중단되고, 상기 제7 유체 라인(57)을 통해 상기 제3 냉온 유로(132)로 상기 냉각 유체(CF)가 공급될 수 있다.
상기 제3 베드(130)가 상기 탈착 모드 및 상기 예냉 모드로 동작되는 경우, 상기 제1 내지 제12 가스 밸브(GV1~GV12)의 제어 상태 및 상기 제1 내지 제18 유체 밸브(FV1~FV18)의 제어 상태는 아래의 <표 3>을 통해 정리된다. 또한, 이 경우, 상기 제1 베드(110)는 상기 저압 흡착 모드로 동작되고, 상기 제3 베드(130)는 상기 고압 흡착 모드 및 상기 예열 모드로 동작될 수 있다.
구분 제3 베드 동작
탈착 모드 예냉 모드
제1 가스 밸브(GV1) O O
제2 가스 밸브(GV2) X X
제3 가스 밸브(GV3) X X
제4 가스 밸브(GV4) X X
제5 가스 밸브(GV5) O X
제6 가스 밸브(GV6) X X
제7 가스 밸브(GV7) X X
제8 가스 밸브(GV8) X X
제9 가스 밸브(GV9) O X
제10 가스 밸브(GV10) X X
제11 가스 밸브(GV11) X X
제12 가스 밸브(GV12) X X
제1 유체 밸브(FV1) X X
제2 유체 밸브(FV2) O O
제3 유체 밸브(FV3) X O
제4 유체 밸브(FV4) O X
제5 유체 밸브(FV5) O X
제6 유체 밸브(FV6) X O
제7 유체 밸브(FV7) X X
제8 유체 밸브(FV8) O O
제9 유체 밸브(FV9) X O
제10 유체 밸브(FV10) O X
제11 유체 밸브(FV11) O X
제12 유체 밸브(FV12) X O
제13 유체 밸브(FV13) X X
제14 유체 밸브(FV14) X X
제15 유체 밸브(FV15) X X
제16 유체 밸브(FV16) X X
제17 유체 밸브(FV17) O O
제18 유체 밸브(FV18) O O
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가, 상기 예열 모드 및 상기 예냉 모드를 포함하여 동작되는 경우, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 도 13 및 아래의 <표 4>에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 사이클이 반복 수행될 수 있다.
구분 제1 사이클 제2 사이클 제3 사이클
제1 베드(110) 저압 흡착 모드(LM) 고압 흡착 모드(HM)-예열 모드(PH) 탈착 모드(DM)-예냉 모드(PC)
제2 베드(120) 고압 흡착 모드(HM)-예열 모드(PH) 탈착 모드(DM)-예냉 모드(PC) 저압 흡착 모드(LM)
제3 베드(130) 탈착 모드(DM)-예냉 모드(PC) 저압 흡착 모드(LM) 고압 흡착 모드(HM)-예열 모드(PH)
상술된 바와 같이, 상기 예열 모드의 경우 상기 고압 흡착 모드에 의해 온도가 감소된 상기 흡착제(AD)의 온도를 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 예열 모드로 동작된 베드는, 상기 예열 모드 이후 상기 탈착 모드로 동작될 수 있다. 이에 따라, 상기 탈착 모드의 효율이 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 흡착제(AD)에 흡착된 증기의 탈착은 고온의 환경에서 효과적으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 예열 모드 없이, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 탈착 모드가 바로 수행되는 경우, 상기 흡착제(AD) 주위의 온도가 낮아진 상태에서 증기의 탈착이 이루어짐으로, 증기 탈착의 효율이 저하될 수 있다. 하지만, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 탈착 모드 이전 상기 예열 모드가 수행되는 경우, 상기 흡착제(AD) 주위의 온도를 증가시킨 상태에서 증기의 탈착이 이루어짐으로, 증기의 탈착 효율이 향상될 수 있다.
이와 달리, 상기 예냉 모드의 경우 상기 탈착 모드에 의해 온도가 증가된 상기 흡착제(AD)의 온도를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 예냉 모드로 동작된 베드는, 상기 예냉 모드 이후 상기 저압 흡착 모드로 동작될 수 있다. 이에 따라, 상기 저압 흡착 모드의 효율이 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 흡착제(AD)를 통한 증기의 흡착은 저온의 환경에서 효과적으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 예냉 모드 없어, 상기 탈착 모드 이후 상기 저압 흡착 모드가 바로 수행되는 경우, 상기 흡착제(AD) 주위의 온도가 증가된 상태에서 증기의 흡착이 이루어짐으로, 증기 흡착 효율이 저하될 수 있다. 하지만, 상기 탈착 모드 이후 상기 저압 흡착 모드 이전 상기 예냉 모드가 수행되는 경우, 상기 흡착제(AD) 주위의 온도를 감소시킨 상태에서 증기의 흡착이 이루어짐으로, 증기의 흡착 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치는, 상술된 저압 흡착 모드, 고압 흡착 모드, 탈착 모드, 예열 모드, 및 예냉 모드 외에도 열회수 모드 및 질량 회수 모드로 동작될 수 있다. 이하, 열회수 모드 및 질량 회수 모드에 대해 설명된다.
열회수 모드
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 열회수 모드 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 열회수 모드로 동작되는 경우의 제1 내지 제3 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 제1 열회수 모드 및 제2 열회수 모드로 동작될 수 있다. 상기 제1 열회수 모드는, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 탈착 모드 이전 수행되고, 상기 제2 열회수 모드는 상기 탈착 모드 이후 상기 저압 흡착 모드 이전 수행될 수 있다. 또한, 상기 제1 열회수 모드는 상기 고압 흡착 모드로 동작된 베드와 같은 베드에서 수행되고, 상기 제2 열회수 모드는 상기 탈착 모드로 동작된 베드와 같은 베드에서 수행될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 제1 열회수 모드까지 동작되는 시간은, 상기 탈착 모드 이후 상기 제2 열회수 모드까지 동작되는 시간, 또는 상기 저압 흡착 모드가 동작되는 시간과 같을 수 있다. 즉, 예를 들어, 상기 제1 베드(110)가 상기 저압 흡착 모드로 동작되는 동안, 상기 제2 베드(120)는 상기 고압 흡착 모드 및 상기 제1 열회수 모드로 동작되고, 상기 제3 베드(130)는 상기 탈착 모드 및 상기 제2 열회수 모드로 동작될 수 있다.
상기 제2 열회수 모드는, 상기 탈착 모드에 의해 온도가 증가된 상기 흡착제(AD)의 온도를 감소시키는데 사용된 간접 가열 유체(HF)를 상기 제1 열회수 모드로 동작하는 베드로 공급할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 열회수 모드로 동작하는 베드는, 상기 냉온 유로 내부로 상기 냉각 유체(CF)가 공급될 수 있다. 또한, 상기 냉온 유로 내부로 공급된 상기 냉각 유체(CF)는, 상기 제2 열회수 모드로 동작되기 전 상기 탈착 모드에 의해 가열된 상기 냉온 유로의 잔열로 인해 온도가 증가되고, 상기 냉온 유로의 잔열로 인해 온도가 증가된 상기 냉각 유체는 상기 간접 가열 유체(HF)로 정의될 수 있다.
상기 제1 열회수 모드는, 상기 제2 열회수 모드로 동작된 베드로부터 상기 간접 가열 유체(HF)를 제공받아 상기 고온 흡착 모드에 의해 온도가 감소된 상기 흡착제의 온도를 증가시키는데 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 베드(120)가 상기 고압 흡착 모드 및 상기 제1 열회수 모드로 동작하고, 상기 제3 베드(130)가 상기 탈착 모드 및 상기 제2 열회수 모드로 동작하는 경우, 상기 제2 베드(120)는 상기 제2 증기 라인(12)을 통한 상기 제1 증기(VP1)의 공급, 및 상기 제4 유체 라인(54)을 통한 상기 냉각 유체(CF)의 공급이 중단되고, 상기 제3 베드(130)는 상기 제5 증기 라인(15)을 통한 증기(VP)의 배출 및 상기 제7 유체 라인(57)을 통한 상기 가열 유체(WF)의 공급이 중단될 수 있다.
이후, 상기 제3 베드(130)에는 상기 제7 유체 라인(57)을 통해 상기 냉각 유체(CF)가 공급될 수 있다. 이 경우, 상기 제3 베드(130)의 상기 제3 냉온 유로(132)로 유입된 상기 냉각 유체(CF)는, 상기 탈착 모드에 의해 가열된 상기 제3 냉온 유로(132)의 잔열로 인해 온도가 증가되고, 상기 제3 냉온 유로(132)의 잔열로 인해 온도가 증가된 상기 냉각 유체(CF)는 상기 간접 가열 유체(HF)로 정의될 수 있다. 상기 간접 가열 유체(CF)는, 상기 제8 유체 라인(58)을 통해 상기 제3 베드(130)로부터 유출된 후, 상기 제6 순환 라인(65) 및 상기 제4 유체 라인(54)을 순차적으로 거쳐, 상기 제2 베드(120)의 상기 제2 냉온 유로(122)로 공급될 수 있다.
상기 제2 베드(120)가 상기 고압 흡착 모드 및 상기 제1 열회수 모드로 동작되고, 상기 제3 베드(130)가 상기 탈착 모드 및 상기 제2 열회수 모드로 동작되는 경우, 상기 제1 내지 제12 가스 밸브(GV1~GV12)의 제어 상태 및 상기 제1 내지 제18 유체 밸브(FV1~FV18)의 제어 상태는 아래의 <표 5>를 통해 정리된다. 또한, 이 경우, 상기 제1 베드(110)는 상기 저압 흡착 모드로 동작될 수 있다.
구분 제2 베드-제3 베드 동작
고압 흡착 모드-탈착 모드 제1-제2 열회수 모드
제1 가스 밸브(GV1) O O
제2 가스 밸브(GV2) X X
제3 가스 밸브(GV3) X X
제4 가스 밸브(GV4) X X
제5 가스 밸브(GV5) O X
제6 가스 밸브(GV6) X X
제7 가스 밸브(GV7) X X
제8 가스 밸브(GV8) X X
제9 가스 밸브(GV9) O X
제10 가스 밸브(GV10) X X
제11 가스 밸브(GV11) X X
제12 가스 밸브(GV12) X X
제1 유체 밸브(FV1) X X
제2 유체 밸브(FV2) O O
제3 유체 밸브(FV3) X X
제4 유체 밸브(FV4) O X
제5 유체 밸브(FV5) O X
제6 유체 밸브(FV6) X O
제7 유체 밸브(FV7) X X
제8 유체 밸브(FV8) O O
제9 유체 밸브(FV9) X X
제10 유체 밸브(FV10) O O
제11 유체 밸브(FV11) O X
제12 유체 밸브(FV12) X X
제13 유체 밸브(FV13) X X
제14 유체 밸브(FV14) X O
제15 유체 밸브(FV15) X X
제16 유체 밸브(FV16) X X
제17 유체 밸브(FV17) O O
제18 유체 밸브(FV18) O O
도 16을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가, 상기 저압 흡착 모드, 상기 고압 흡착 모드, 상기 탈착 모드, 및 상기 열회수 모드로 동작하는 경우, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 도 16 및 아래의 <표 6>에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 사이클이 반복 수행될 수 있다.
구분 제1 사이클 제2 사이클 제3 사이클
제1 베드(110) 저압 흡착 모드(LM) 고압 흡착 모드(HM)-제1 열회수 모드(1st HR) 탈착 모드(DM)-제2 열회수 모드(2nd HR)
제2 베드(120) 고압 흡착 모드(HM)-제1 열회수 모드(1st HR) 탈착 모드(DM)-제2 열회수 모드(2nd HR) 저압 흡착 모드(LM)
제3 베드(130) 탈착 모드(DM)-제2 열회수 모드(2nd HR) 저압 흡착 모드(LM) 고압 흡착 모드(HM)-제1 열회수 모드(1st HR)
상기 제1 열회수 모드는 도 9 및 도 10을 참조하여 설명된 상기 예열 모드와 같이, 상기 고압 흡착 모드에 의해 온도가 감소된 상기 흡착제(AD)의 온도를 증가시킬 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 열회수 모드는 도 11 및 도 12를 참조하여 설명된 상기 예냉 모드와 같이, 상기 탈착 모드에 의해 온도가 증가된 상기 흡착제(AD)의 온도를 감소시킬 수 있다.
다만, 상기 열회수 모드는, 상기 예열 모드 및 상기 예냉 모드와 달리, 상기 탈착 모드에 의해 온도가 증가된 상기 흡착제(AD)의 온도를 감소시키는데 사용된 상기 간접 가열 유체(HF)를 통해, 상기 고압 흡착 모드에 의해 온도가 감소된 상기 흡착제(AD)의 온도를 증가시킬 수 있다. 즉, 상기 탈착 모드로 동작한 베드에서 잔존된 열에너지가 상기 고압 흡착 모드로 동작한 베드로 이동되고, 상기 고압 흡착 모드로 동작한 베드는 상기 잔존된 열에너지를 이용하여 상기 흡착제(AD)의 온도를 증가시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 다단 흡착식 담수화 장치는, 상기 탈착 모드 및 상기 저압 흡착 모드의 효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 상기 탈착 모드 및 상기 저압 흡착 모드의 효율 향상을 위해 사용되는 열에너지가 감소되므로, 담수화를 위한 전체적인 공정 비용이 감소될 수 있다.
질량 회수 모드
도 17 및 도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 질량 회수 모드 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 질량 회수 모드로 동작되는 경우의 제1 내지 제3 사이클을 설명하기 위한 도면이고, 도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 열회수 모드 및 질량 회수 모드로 동작되는 경우의 제1 내지 제3 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 제1 질량 회수 모드 및 제2 질량 회수 모드로 동작될 수 있다. 상기 제1 질량 회수 모드는 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 탈착 모드 이전 수행되고, 상기 제2 질량 회수 모드는 상기 탈착 모드 이후 상기 저압 흡착 모드 이전 수행될 수 있다. 또한, 상기 제1 질량 회수 모드는 상기 고압 흡착 모드로 동작된 베드와 같은 베드에서 수행되고, 상기 제2 질량 회수 모드는 상기 탈착 모드로 동작된 베드와 같은 베드에서 수행될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 제1 질량 회수 모드까지 동작되는 시간은, 상기 탈착 모드 이후 상기 제2 질량 회수 모드까지 동작되는 시간, 또는 상기 저압 흡착 모드가 동작되는 시간과 같을 수 있다. 즉, 예를 들어, 상기 제1 베드(110)가 상기 저압 흡착 모드로 동작되는 동안, 상기 제2 베드(120)는 상기 고압 흡착 모드 및 상기 제1 질량 회수 모드로 동작되고, 상기 제3 베드(130)는 상기 탈착 모드 및 상기 제2 질량 회수 모드로 동작될 수 있다.
상기 제2 질량 회수 모드는, 상기 탈착 모드에 의해 상기 흡착제(AD)로부터 탈착된 증기(VP)를 상기 제1 질량 회수 모드로 동작하는 베드로 공급할 수 있다. 상기 제1 질량 회수 모드는, 상기 제2 질량 회수 모드로 동작된 베드로부터 상기 탈착된 증기(VP)를 제공받아, 상기 탈착된 증기(VP)를 흡착할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 탈착된 증기(VP)는, 상기 흡착제(AD)에 흡착된 상기 제1 증기(VP1) 및 상기 제2 증기(VP2)의 혼합 증기로 정의될 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 베드(120)가 상기 고압 흡착 모드 및 상기 제1 질량 회수 모드로 동작하고, 상기 제3 베드(130)가 상기 탈착 모드 및 상기 제2 질량 회수 모드로 동작하는 경우, 상기 제2 베드(12)는 상기 제2 증기 라인(12)을 통한 상기 제2 증기(VP2)의 공급이 중단되고, 상기 제3 베드(130)는 상기 제5 증기 라인(15)을 통한 상기 탈착된 증기(VP)의 배출이 중단될 수 있다. 이후, 상기 탈착된 증기(VP)는, 상기 제8 증기 라인(18)을 통해 상기 제3 베드(130)로부터 상기 제2 베드(120)로 공급될 수 있다.
상기 제2 베드(120)가 상기 고압 흡착 모드 및 상기 제1 질량 회수 모드로 동작되고, 상기 제3 베드(130)가 상기 탈착 모드 및 상기 제2 질량 회수 모드로 동작되는 경우, 상기 제1 내지 제12 가스 밸브(GV1~GV12)의 제어 상태 및 상기 제1 내지 제18 유체 밸브(FV1~FV18)의 제어 상태는 아래의 <표 7>을 통해 정리된다. 또한, 이 경우, 상기 제1 베드(110)는 상기 저압 흡착 모드로 동작될 수 있다.
구분 제2 베드-제3 베드 동작
고압 흡착 모드-탈착 모드 제1-제2 질량 회수 모드
제1 가스 밸브(GV1) O O
제2 가스 밸브(GV2) X X
제3 가스 밸브(GV3) X X
제4 가스 밸브(GV4) X X
제5 가스 밸브(GV5) O X
제6 가스 밸브(GV6) X X
제7 가스 밸브(GV7) X X
제8 가스 밸브(GV8) X X
제9 가스 밸브(GV9) O X
제10 가스 밸브(GV10) X X
제11 가스 밸브(GV11) X O
제12 가스 밸브(GV12) X X
제1 유체 밸브(FV1) X X
제2 유체 밸브(FV2) O O
제3 유체 밸브(FV3) X X
제4 유체 밸브(FV4) O X
제5 유체 밸브(FV5) O X
제6 유체 밸브(FV6) X O
제7 유체 밸브(FV7) X X
제8 유체 밸브(FV8) O O
제9 유체 밸브(FV9) X X
제10 유체 밸브(FV10) O O
제11 유체 밸브(FV11) O X
제12 유체 밸브(FV12) X X
제13 유체 밸브(FV13) X X
제14 유체 밸브(FV14) X O
제15 유체 밸브(FV15) X X
제16 유체 밸브(FV16) X X
제17 유체 밸브(FV17) O O
제18 유체 밸브(FV18) O O
도 19를 참조하면, 상기 질량 회수 모드는, 상기 저압 흡착 모드, 상기 고압 흡착 모드, 상기 탈착 모드, 상기 예열 모드, 및 상기 예냉 모드와 혼합되어 제1 내지 제3 사이클을 구성할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 상기 제1 내지 제3 사이클을 반복 수행할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)의 상기 제1 내지 제3 사이클은 도 19 및 아래의 <표 8>과 같이 정리될 수 있다.
구분 제1 사이클 제2 사이클 제3 사이클
제1 베드(110) 저압 흡착 모드(LM) 고압 흡착 모드(HM)-제1 질량 회수 모드(1st MR)-예열 모드(PH) 탈착 모드(DM)-제2 질량 회수 모드(2nd MR)-예냉 모드(PC)
제2 베드(120) 고압 흡착 모드(HM)-제1 질량 회수 모드(1st MR)-예열 모드(PH) 탈착 모드(DM)-제2 질량 회수 모드(2nd MR)-예냉 모드(PC) 저압 흡착 모드(LM)
제3 베드(130) 탈착 모드(DM)-제2 질량 회수 모드(2nd MR)-예냉 모드(PC) 저압 흡착 모드(LM) 고압 흡착 모드(HM)-제1 질량 회수 모드(1st MR)-예열 모드(PH)
도 20을 참조하면, 상기 질량 회수 모드는, 상기 저압 흡착 모드, 상기 고압 흡착 모드, 상기 탈착 모드, 및 상기 열회수 모드와 혼합되어 제1 내지 제3 사이클을 구성할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 상기 제1 내지 제3 사이클을 반복 수행할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)의 상기 제1 내지 제3 사이클은 도 20 및 아래의 <표 9>와 같이 정리될 수 있다.
구분 제1 사이클 제2 사이클 제3 사이클
제1 베드(110) 저압 흡착 모드(LM) 고압 흡착 모드(HM)-제1 질량 회수 모드(1st MR)-제1 열회수 모드(1st HR) 탈착 모드(DM)-제2 질량 회수 모드(2nd MR)-제2 열회수 모드(2nd HR)
제2 베드(120) 고압 흡착 모드(HM)-제1 질량 회수 모드(1st MR)-제1 열회수 모드(1st HR) 탈착 모드(DM)-제2 질량 회수 모드(2nd MR)-제2 열회수 모드(2nd HR) 저압 흡착 모드(LM)
제3 베드(130) 탈착 모드(DM)-제2 질량 회수 모드(2nd MR)-제2 열회수 모드(2nd HR) 저압 흡착 모드(LM) 고압 흡착 모드(HM)-제1 질량 회수 모드(1st MR)-제1 열회수 모드(1st HR)
상기 다단 흡착식 담수화 장치가 상기 질량 회수 모드로 동작됨에 따라, 담수 생성 효율 및 담수 순도가 향상될 수 있다. 구체적으로, 상기 탈착 모드를 통해 탈착된 증기(VP)가 상기 응축기(210)로 제공되기 전, 상기 고압 흡착 모드를 통해 상기 탈착된 증기(VP)가 한번 더 흡착될 수 있다. 이에 따라, 상기 다단 흡착식 담수화 장치의 담수 생성 효율 및 담수 순도가 향상될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 설명되었다. 이하, 본 발명의 변형 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치가 설명된다.
도 1 내지 도 20을 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치는, 서로 다른 온도를 갖는 두개의 증기(VP1, VP2)를 통해 서로 다른 세개의 베드(110, 120, 130)에서 흡착 및 탈착이 이루어지는 2 effect-3 bed 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 제1 변형 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치는, 하나의 증기를 통해 서로 다른 두개의 베드(110, 120)에서 흡착 및 탈착이 이루어지는 1 effect-2 bed 구조를 갖고, 제2 변형 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치는, 하나의 증기를 통해 서로 다른 세개의 베드(110, 120, 130)에서 흡착 및 탈착이 이루어지는 1 effect-3 bed 구조를 가질 수 있다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 제1 변형 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 제1 내지 제3 사이클을 설명하기 위한 도면이고, 도 23은 본 발명의 제2 변형 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 사이클을 설명하기 위한 도면이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 상기 제1 변형 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치는, 흡착 모드(AM), 탈착 모드(DM), 예열 모드(PH), 예냉 모드(PC), 열회수 모드(HR), 및 질량 회수 모드(MR)가 혼합되어 제1 내지 제3 사이클을 구성할 수 있다. 상기 제1 변형 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 제1 및 제2 베드(110, 120)는 상기 제1 내지 제3 사이클을 반복 수행할 수 있다. 상기 제1 및 제2 베드(110, 120)의 상기 제1 및 제2 사이클은 아래의 <표 10>, <표 11>, <표 12>, 및 <표 13>와 같이 정리될 수 있다.
구분 제1 사이클 제2 사이클 제3 사이클
제1 베드(110) 흡착 모드(AM)-예열 모드(PH) 탈착 모드(DM)-예냉 모드(PC) 흡착 모드(AM)-예열 모드(PH)
제2 베드(120) 탈착 모드(DM)-예냉 모드(PC) 흡착 모드(AM)-예열 모드(PH) 탈착 모드(DM)-예냉 모드(PC)
구분 제1 사이클 제2 사이클 제3 사이클
제1 베드(110) 흡착 모드(AM)-질량 회수 모드(MR)-예열 모드(PH) 탈착 모드(DM)-질량 회수 모드(MR)-예냉 모드(PC) 흡착 모드(AM)-질량 회수 모드(MR)-예열 모드(PH)
제2 베드(120) 탈착 모드(DM)-질량 회수 모드(MR)-예냉 모드(PC) 흡착 모드(AM)-질량 회수 모드(MR)-예열 모드(PH) 탈착 모드(DM)-질량 회수 모드(MR)-예냉 모드(PC)
구분 제1 사이클 제2 사이클 제3 사이클
제1 베드(110) 흡착 모드(AM)-열회수 모드(HR) 탈착 모드(DM)-열회수 모드(HR) 흡착 모드(AM)-열회수 모드(HR)
제2 베드(120) 탈착 모드(DM)-열회수 모드(HR) 흡착 모드(AM)-열회수 모드(HR) 탈착 모드(DM)-열회수 모드(HR)
구분 제1 사이클 제2 사이클 제3 사이클
제1 베드(110) 흡착 모드(AM)-질량 회수 모드(MR)-열회수 모드(HR) 탈착 모드(DM) -질량 회수 모드(MR)--열회수 모드(HR) 흡착 모드(AM)-질량 회수 모드(MR)-열회수 모드(HR)
제2 베드(120) 탈착 모드(DM) -질량 회수 모드(MR)--열회수 모드(HR) 흡착 모드(AM)-질량 회수 모드(MR)-열회수 모드(HR) 탈착 모드(DM) -질량 회수 모드(MR)--열회수 모드(HR)
도 23을 참조하면, 상기 제2 변형 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치는, 흡착 모드(AM), 탈착 모드(DM), 예열 모드(PH), 및 예냉 모드(PC)가 혼합되어 사이클을 구성할 수 있다. 상기 제2 변형 예에 따른 다단 흡착식 담수화 장치의 제1 내지 제3 베드(110, 120, 130)는 상기 사이클을 반복 수행할 수 있다.
구체적으로, 도 23에 도시된 바와 같이, 제1 베드(110)는 흡착 모드(AM)-흡착 모드(AM)-예열 모드(PH)-탈착 모드(DM)-예냉 모드(PC)의 사이클이 반복 수행될 수 있다. 이와 달리, 제2 베드(120)는 흡착 모드(AM)-예열 모드(PH)-탈찰 모드(DM)-예냉 모드(PC)-흡착 모드(AM)-흡착 모드(AM)의 사이클이 반복 수행될 수 있다. 이와 달리, 제3 베드(130)는 탈착 모드(DM)-예냉 모드(PC)-흡착 모드(AM)-흡착 모드(AM)-예열 모드(PH)의 사이클이 반복 수행될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 베드 모듈
200: 응축 모듈
300: 가열 유체 모듈
400: 냉각 유체 모듈
500: 증발 모듈

Claims (14)

  1. 증기를 흡착 또는 흡착된 증기를 탈착하는 제1 내지 제3 베드; 및
    상기 제1 내지 제3 베드 중 어느 하나의 베드에서 탈착된 증기를 응축시켜 담수(fresh water)를 생성하는 응축기를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 베드는 각각, 상대적으로 저온의 증기를 제공받아 상대적으로 저압에서 흡착하는 저압 흡착 모드, 상대적으로 고온의 증기를 제공받아 상대적으로 고압에서 흡착하는 고압 흡착 모드, 및 흡착된 증기를 탈착하는 탈착 모드를 포함하는 동작 사이클을 반복 수행하되,
    상기 제1 내지 제3 베드는, 동시에 서로 다른 모드로 동작되는 것을 포함하는 다단 흡착식 담수화 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 베드는 상기 저압 흡착 모드로 동작되고, 상기 제2 베드는 상기 고압 흡착 모드로 동작되고, 상기 제3 베드는 상기 탈착 모드로 동작되는 제1 사이클, 상기 제1 베드는 상기 고압 흡착 모드로 동작되고, 상기 제2 베드는 상기 탈착 모드로 동작되고, 상기 제3 베드는 상기 저압 흡착 모드로 동작되는 제2 사이클, 상기 제1 베드는 탈착 모드로 동작되고, 상기 제2 베드는 상기 저압 흡착 모드로 동작되고, 상기 제3 베드는 상기 고압 흡착 모드로 동작되는 제3 사이클이 반복 수행되는 것을 포함하는 다단 흡착식 담수화 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 베드는 각각, 냉각 유체 또는 가열 유체가 이동하는 냉온 유로와 상기 냉온 유로 주위에 배치되는 흡착제를 포함하되,
    상기 저압 흡착 모드 또는 상기 고압 흡착 모드로 동작하는 베드의 상기 냉온 유로 내에 상기 냉각 유체가 공급되어 상기 흡착제를 통해 외부에서 공급된 증기가 흡착되고,
    상기 탈착 모드로 동작하는 베드의 상기 냉온 유로 내에 상기 가열 유체가 공급되어 상기 흡착제에 흡착된 증기가 탈착되는 것을 포함하는 다단 흡착식 담수화 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 동작 사이클은, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 탈착 모드 이전 수행되는 예열 모드를 더 포함하되,
    상기 예열 모드는, 상기 고압 흡착 모드에 의해 온도가 감소된 상기 흡착제의 온도를 증가시키는 것을 포함하는 다단 흡착식 담수화 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 예열 모드로 동작하는 베드는, 베드 내부로의 증기 공급 및 상기 냉온 유로 내부로의 상기 냉각 유체 공급이 중단되고,
    상기 냉온 유로 내부로 상기 가열 유체가 공급되는 것을 포함하는 다단 흡착식 담수화 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 동작 사이클은, 상기 탈착 모드 이후 상기 저압 흡착 모드 이전 수행되는 예냉 모드를 더 포함하되,
    상기 예냉 모드는, 상기 탈착 모드에 의해 온도가 증가된 상기 흡착제의 온도를 감소시키는 것을 포함하는 다단 흡착식 담수화 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 탈착 모드로 동작하는 베드는, 상기 흡착제로부터 탈착된 상기 증기를 베드 외부로 배출하고,
    상기 예냉 모드로 동작하는 베드는, 베드 외부로의 증기 배출 및 상기 냉온 유로 내부로의 상기 가열 유체 공급이 중단되고, 상기 냉온 유로 내부로 상기 냉각 유체가 공급되는 것을 포함하는 다단 흡착식 담수화 장치.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 동작 사이클은, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 탈착 모드 이전 수행되는 제1 열회수 모드, 및 상기 탈착 모드 이후 상기 저압 흡착 모드 이전 수행되는 제2 열회수 모드를 더 포함하되,
    상기 제2 열회수 모드는, 상기 탈착 모드에 의해 온도가 증가된 상기 흡착제의 온도를 감소시키는데 사용된 간접 가열 유체를 상기 제1 열회수 모드로 동작하는 베드에 공급하고,
    상기 제1 열회수 모드는, 상기 제2 열회수 모드로 동작된 베드로부터 상기 간접 가열 유체를 제공받아 상기 고온 흡착 모드에 의해 온도가 감소된 상기 흡착제의 온도를 증가시키는데 사용하는 것을 포함하는 다단 흡착식 담수화 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 열회수 모드로 동작하는 베드는, 상기 냉온 유로 내부로 상기 냉각 유체가 공급되되,
    상기 냉온 유로 내부로 공급된 상기 냉각 유체는, 상기 제2 열회수 모드로 동작되기 전 상기 탈착 모드에 의해 가열된 상기 냉온 유로의 잔열로 인해 온도가 증가되고, 상기 냉온 유로의 잔열로 인해 온도가 증가된 상기 냉각 유체는 상기 간접 가열 유체로 정의되는 것을 포함하는 다단 흡착식 담수화 장치.
  10. 제3 항에 있어서,
    상기 동작 사이클은, 상기 고압 흡착 모드 이후 상기 탈착 모드 이전 수행되는 제1 질량 회수 모드, 및 상기 탈착 모드 이후 상기 저압 흡착 모드 이전 수행되는 제2 질량 회수 모드를 더 포함하되,
    상기 제2 질량 회수 모드는, 상기 탈착 모드에 의해 상기 흡착제로부터 탈착된 증기를 상기 제1 질량 회수 모드로 동작하는 베드에 공급하고,
    상기 제1 질량 회수 모드는, 상기 제2 질량 회수 모드로 동작된 베드로부터 상기 탈착된 증기를 제공받아, 상기 탈착된 증기를 흡착하는 것을 포함하는 다단 흡착식 담수화 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    해수(seawater)를 증발시켜 해수로부터 제1 기체를 생성하는 제1 증기 생성기, 및 상기 제1 증기 생성기로부터 상기 제1 기체를 제공받아, 상기 제1 기체를 열원으로 사용하여 해수를 증발시켜 제2 기체를 생성하는 제2 증기 생성기를 포함하는 증발 모듈을 더 포함하되,
    상기 증발 모듈로부터 생성된 기체는, 상기 저압 흡착 모드 또는 상기 고압 흡착 모드로 동작하는 베드에 공급되는 것을 포함하는 다단 흡착식 담수화 장치.
  12. 흡착제를 통해 상대적으로 저온의 증기를 상대적으로 저압에서 흡착하는 저압 흡착 단계;
    상기 저온의 증기를 흡착한 흡착제를 통해 상대적으로 고온의 증기를 상대적으로 고압에서 흡착하는 고압 흡착 단계; 및
    상기 고온의 증기를 흡착한 흡착제로부터 상기 고온의 증기를 탈착하는 탈착 단계를 포함하되,
    상기 저압 흡착 단계, 상기 고압 흡착 단계, 및 상기 탈착 단계는, 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행되는 것을 포함하는, 다단 흡착식 담수화 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 저압 흡착 단계 및 상기 고압 흡착 단계는,
    냉각수 또는 가열수가 이동하는 냉온 유로 내로 냉각 유체를 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 탈착 단계는,
    냉각수 또는 가열수가 이동하는 냉온 유로 내로 가열 유체를 공급하는 단계를 포함하는 다단 흡착식 담수화 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 고압 흡착 단계 이후 상기 탈착 단계 이전, 상기 고압 흡착 단계에 의해 온도가 감소된 상기 흡착제의 온도를 증가시키는 예열 단계를 더 포함하고,
    상기 탈착 단계 이후 상기 담수 생성 단계 이전, 상기 탈착 단계에 의해 온도가 증가된 상기 흡착제의 온도를 감소시키는 예냉 단계를 더 포함하되,
    상기 저압 흡착 단계, 상기 고압 흡착 단계, 상기 예열 단계, 상기 탈착 단계, 및 상기 예냉 단계는 순차적으로, 그리고 반복적으로 수행되는 것을 포함하는 다단 흡착식 담수화 방법.
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