WO2013157776A1 - 히트펌프를 이용한 막여과 장치 - Google Patents

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김경성
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Kim Kyung-Sung
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Definitions

  • the present invention relates to a membrane filtration device using a heat pump, and specifically, to produce fresh water efficiently from separate inflow water such as seawater or sewage treatment effluent using forward osmosis (FO) and membrane distillation (MD).
  • the present invention relates to a membrane filtration device using a heat pump that can reduce the energy requirement by increasing the efficiency of the distillation membrane filtration device using the heat energy of the inflow source water.
  • RO farnesoid osmosis
  • the method using the reverse osmosis method has a high power consumption in case of seawater desalination, such as maintaining the pressure of about 40 to 60 atmospheres, which is larger than the standard osmotic pressure (25 atmospheres), and the cost of replacing the semi-permeable membrane used therein. As the same operation maintenance cost increases, there is a problem in that the production cost of fresh water increases.
  • the reverse osmosis is a reverse osmosis (RO), unlike the reverse osmosis (RO) is applied without the artificial pressure between the semi-permeable membrane and the high concentration of the induction solution and relatively low concentration of the incoming source water as the osmotic action to absorb the fresh water of the incoming water as the induction solution After separating the induced solution and fresh water is produced.
  • RO reverse osmosis
  • the membrane distillation method is a method of producing fresh water through evaporation and condensation with raw water of high temperature and low temperature of cooling water between membranes, and a direct contact MD (DCMD) method for directly contacting raw water and cooling water.
  • AGMD Air gap MD
  • SGMD Silicon MD
  • VMD Vauum MD
  • Patent No. 10-1020316 forward osmosis desalination method using a membrane distillation method
  • a first membrane contactor in which fluid is introduced from the dilution inducing solution chamber, and gas and fresh water are separated from the introduced fluid
  • a second membrane contactor which is introduced to re-concentrate the separated gas and is dissolved in a fluid flowing therein
  • a freshwater separator including a vacuum pump interlocked with the first membrane contactor and the second membrane contactor, and the freshwater separator.
  • the above-described technology is provided with a heater for heating the fluid supplied to the first membrane contactor, which increases the power consumption and complexity of the facility by providing at least two membrane contactors and a vacuum pump in addition to the forward osmosis separator. There is a problem with money.
  • the freshwater method using the membrane distillation method has a problem in that power consumption and separate cooling water are required to be heated by a separate heating member so that the raw water can be condensed on the membrane.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, using the forward osmosis (FO) and membrane distillation (MD) to effectively separate the fresh water from the raw water and the heat pump from the incoming source water such as seawater, sewage treatment effluent, etc. Its purpose is to reduce heating power by absorbing thermal energy and releasing heat into the induction solution to increase the temperature.
  • FO forward osmosis
  • MD membrane distillation
  • the induction solution and fresh water in the absorption tank are diluted so that it is recycled to the condenser, the high temperature tank, the distillation unit and the absorption tank unit of the heat pump to minimize the heat loss of the induction solution and the membrane of the distillation membrane filter is not easily contaminated. Its purpose is to ensure a long lifespan.
  • the present invention is installed in the second inlet pipe and a heat pump for absorbing the heat of the raw water by the evaporator, compressor, condenser, expansion valve and discharges the raw water supplied through the first inlet pipe branch branched from the raw water inlet; And a forward osmosis membrane filter device for separating fresh water from raw water and supplying it to the absorption tank part, an absorption tank part for diluting and storing fresh water and an induction solution introduced through the forward osmosis membrane filter device, and the raw water of the absorption tank part.
  • a high temperature tank unit for storing the heated solution through a condenser, a distillation membrane filter device in which the high temperature induction solution supplied from the high temperature tank part is separated by fresh water by a distillation unit, a separator, and a cooling unit, and the distillation membrane filter device Fresh water discharged to discharge the fresh water separated from the, and the induction solution discharged from the distillation of the distillation membrane filter device is recycled to the absorption tank through the recovery pipe Characterized in that one to be supplied.
  • the raw water of low temperature discharged from the evaporator of the heat pump is characterized in that it further comprises to be supplied to the cooling unit of the distillation membrane filter through the cooling water pipe.
  • the heating member is installed in the supply line connecting the condenser and the high temperature tank of the heat pump is characterized in that to control the temperature of the high temperature tank.
  • the present invention having the configuration described above, by using the forward osmosis (FO) and membrane distillation (MD) to effectively separate the fresh water from the raw water, and using the heat pump from the incoming source water, such as seawater, sewage treatment effluent water, Heating power is reduced by increasing the temperature of the induction solution.
  • F forward osmosis
  • MD membrane distillation
  • the induction solution and fresh water in the absorption tank are diluted so that it is recycled to the condenser, the high temperature tank, the distillation unit and the absorption tank unit of the heat pump to minimize the heat loss of the induction solution and the membrane of the distillation membrane filter is not easily contaminated. It lasts for a long time and reduces the cost of replacing the membrane.
  • FIG. 1 is a block diagram of a membrane filtration device using a heat pump according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of a membrane filtration device using a heat pump according to the present invention.
  • the raw water supplied through the first inlet pipe 1 branched from the raw water inlet is transferred to the evaporator 110, the compressor 120, the condenser 130, and the expansion valve 140.
  • the high temperature tank unit 400 for storing the heated induction solution and the high temperature induction solution supplied from the high temperature tank unit 400 are separated from the fresh water by the distillation unit 510, the separation membrane 520, and the cooling unit 530.
  • the distillation membrane filter device 500 and the fresh water discharged to discharge the fresh water separated by the distillation membrane filter device 500 Induced solution discharged from the distillation unit 510 (540), and said distillation membrane filtration device 500 consists of a configuration which is recycled to the absorption supply tank portion 300 through the recovery pipe 600.
  • Raw water flowing into the raw water inlet of the present invention includes seawater, brackish water, sewage treatment effluent.
  • the raw water supplied through the first inlet pipe 1 includes a conventional heat consisting of an evaporator 110, a compressor 120, a condenser 130, an expansion valve 140, and the like.
  • the heat exchange of the raw water is performed by the circulation cycle of the pump 100, and the raw water of the low temperature which has passed through this process is discharged.
  • the low-temperature raw water discharged is supplied to the cooling unit 530 of the distillation membrane filter 500 through the cooling water pipe 531 without being discharged to the outside according to the water quality as shown in FIG. There is an effect of increasing the desalination efficiency without a separate cooling process.
  • the forward osmosis membrane filter device 200 of the present invention is installed in the second inlet pipe 2 to filter the raw water to be supplied to the absorption tank unit 300 by separating the membrane of the distillation membrane filter device 500 ( It is effective to prevent the blocking of the membrane 520 and to increase the life of the separator 520 from other foreign matter.
  • Absorption tank portion 300 of the present invention is the fresh water is treated in the distillation membrane filter device 500 through the evaporation, condensation process and the induction solution discharged from the distillation unit 510 is a high concentration of recovery pipe line 600
  • the absorption tank 300 is re-introduced through the second inlet pipe (2) absorption tank in which a relatively low concentration of raw water flowing into the forward osmosis membrane filter device 200 is stored by the osmotic pressure high concentration induction solution Inflow to the portion 300.
  • the temperature of the induction solution stored in the absorption tank 300 is increased while passing through the condenser 130 of the heat pump 100. At this time, the temperature of the heated induction solution is preferably 40 to 60 C.
  • the heating member 450 is installed in the supply line 410 connecting the condenser 130 and the high temperature tank 400 of the heat pump 100 to adjust the temperature of the raw water flowing into the high temperature tank 400. This may be used when the heat source obtained through the heat pump 100 is insufficient, and efficient fresh water production is possible by heating the temperature of the raw water introduced into the high temperature tank unit 400 once more.
  • the distillation membrane filter 500 of the present invention is a well-known desalination process using membrane distillation (MD), and a high temperature induction solution heated on one side with a separation membrane 520 interposed therebetween.
  • the cooling unit 530 is introduced into the unit 510 and the other side is provided with a cooling unit 530 into which coolant of low temperature flows.
  • the fresh water contained in the induction solution heated through the micropores on the surface of the separator 520 is evaporated and condensed.
  • the composition includes a DCMD (Direct contact MD) method, an AGMD (Air gap MD) method, a SGMD (Sweep gas MD) method, and a VMD (Vacuum MD) method.
  • the fresh water separated from the distillation membrane filter 500 is discharged through the freshwater discharge pipe 540 and the induction solution passing through the distillation unit 510 is not discharged to the outside, but is absorbed through the recovery pipe line 600.
  • Re-introduced to 300) to reuse the heated heat in the induction solution without waste and to supply a high concentration of the induction solution to facilitate the separation of fresh water from raw water by osmotic pressure through the forward osmosis membrane filtration device 200. to be.
  • the raw water introduced through the raw water inlet is supplied to the heat pump 100 through the branched first inlet pipe 1, and the raw water is discharged again after heat exchange.
  • the absorption tank 300 has a relatively high concentration of the induction solution than the raw water introduced through the second inlet pipe (2) and the induction solution is in contact with the separation membrane of the forward osmosis membrane filtration device (200).
  • the raw water flowing through the second inflow pipe 2 branched from the raw water inlet is absorbed into the high concentration induction solution of the absorption tank 300 by osmotic pressure through the separation membrane of the forward osmosis membrane filter device 200. do.
  • the induction solution in which the fresh water is diluted is heated through the condenser 130 of the heat pump 100 and then stored in the high temperature tank unit 400.
  • the proper temperature of the induction solution introduced into the high temperature tank unit 400 is preferably 40 ⁇ 60 C for smooth film distillation, in order to maintain the condenser 130 of the heat pump 100 and the high temperature tank unit (if necessary)
  • the heating member 450 may be installed in the supply pipe 410 connecting the 400 to adjust the temperature of the high temperature tank unit 400.
  • the hot induction solution stored in the high temperature tank unit 400 is supplied to the distillation unit 510 of the distillation membrane filter 500 to separate fresh water.
  • the distillation membrane filter 500 has a separator 520 therebetween and one side is introduced into the distillation unit 510 into which the heated high temperature induction solution is introduced, and the other side is a cooling unit into which coolant of low temperature is introduced. 530 is provided, the vapor of fresh water in the induction solution heated through the micro-pores on the surface of the membrane 520 is condensed, separated, fresh water is produced, discharged through the fresh water discharge pipe 540.
  • Cooling water flowing into the cooling unit 530 may be separately provided and supplied or the raw water of low temperature discharged through the heat pump 100 may be introduced and used through the cooling water pipe 531 as illustrated in FIG. 2.
  • expansion valve 200 forward osmosis membrane filtration device
  • distillation membrane filter device 510 distillation unit
  • cooling water pipe 540 fresh water discharge
  • the present invention composed of the above configuration, there is an effect that the heating power is reduced.

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Abstract

본 발명은 히트펌프를 이용한 막여과 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 정삼투법(FO)과 막증류법(MD)을 이용하여 해수나 하수처리방류수 등과 같은 유입원수로부터 담수를 효율적으로 생산하고 별도 구비된 히트펌프로 유입원수의 열에너지를 이용하여 증류 막여과장치의 효율을 높여 에너지 소요량을 절감할 수 있는 히트펌프를 이용한 막여과 장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 원수유입부에서 분기된 제1유입관로를 통해 공급되는 원수를 증발기, 압축기, 응축기, 팽창밸브에 의해 원수의 열을 흡수하고 외부로 배출하는 히트펌프와, 상기 제2유입관로에 설치되어 원수로부터 담수를 분리하여 흡수탱크부로 공급하는 정삼투 막여과장치와, 상기 정삼투 막여과 장치를 통해 유입되는 담수와 유도용액이 희석되어 저장공급하는 흡수탱크부와, 상기 흡수탱크부의 원수가 응축기를 거쳐 가열된 유도용액을 저장하는 고온탱크부와, 상기 고온탱크부에서 공급되는 고온 유도용액이 증류부, 분리막, 냉각부에 의해 담수분리가 이루어지는 증류 막여과장치와, 상기 증류 막여과장치에서 분리된 담수가 배출되도록 한 담수배출부와, 상기 증류 막여과장치의 증류부에서 배출된 유도용액은 회수관로를 통해 흡수탱크부로 재순환 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 막여과 장치에 관한 것이다. [대표도] 도 1

Description

히트펌프를 이용한 막여과 장치
본 발명은 히트펌프를 이용한 막여과 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 정삼투법(FO)과 막증류법(MD)을 이용하여 해수나 하수처리방류수 등과 같은 유입원수로부터 담수를 효율적으로 생산하고 별도 구비된 히트펌프로 유입원수의 열에너지를 이용하여 증류 막여과장치의 효율을 높여 에너지 소요량을 절감할 수 있는 히트펌프를 이용한 막여과 장치에 관한 것이다.
일반적으로 해수 또는 하수처리방류수와 같은 오염수 등으로부터 우리가 사용할 수 있는 음용수 또는 산업용수로 사용하기 위한 담수화에 대한 연구가 꾸준히 진행되어 왔다.
현재까지 원수를 담수화하는 방법에 있어서 역삼투법(RO; Reverse Osmosis),
정삼투법(FO; Foward Osmosis), 증발법, 전기투석법 등이 있지만 국내외적으로는 는 담수생산 효율이 높은 역삼투법(RO) 방식을 많이 이용하고 있는 실정이다.
그러나 역삼투법(RO)을 이용한 방식은 해수담수화의 경우 표준해수의 삼투압(25기압)보다 큰 40~60기압정도의 압력을 유지해야 하는 등 전력소모가 크다는 점과 여기에 사용되는 반투막의 교체비용과 같은 운전유지비용이 커짐에 따라 담수의 생산단가가 높아지는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 정삼투법(FO; Foward Osmosis)과 막증류법(MD; Membrane Distillation)을 이용한 담수방법이 최근에 관심을 받고 있다.
상기 정삼투법(FO)은 역삼투법(RO)과는 달리 인위적인 압력을 가하지 않고 반투막을 사이에 두고 고농도의 유도용액과 비교적 저농도의 유입원수가 접하게 되면서 삼투작용으로 유입원수의 담수를 유도용액으로 흡수시킨 후 유도용액과 담수를 분리시켜 생산하는 방법이다.
상기 막증류법(MD)은 높은 온도의 원수와 낮은 온도의 냉각수가 분리막을 사이에두고 증발 및 응축과정을 통해 담수를 생산하는 방법으로써, 원수와 냉각수를 직접 접촉하는 DCMD(Direct contact MD)법, 공기 간극에 의해 막으로부터 응축 표면이 떨어져 있는 AGMD(Air gap MD)법, 냉각수 대신 차가운 비활성 기체를 흘려보내는 SGMD(Sweep gas MD)법, 냉각수쪽에 진공상태를 걸어 효율을 높이는 VMD (Vacuum MD)법 등이 있다.
상기와 같은 방법들을 이용한 종래기술로는 등록특허 제10-1020316호(막증류 방식을 이용한 정삼투 담수화 방법)은 희석 유도용액 챔버; 상기 희석 유도용액 챔버로부터 유체가 유입되며, 상기 유입된 유체로부터 가스와 담수가 분리되는 제 1 멤브레인 컨택터; 상기 분리된 가스가 재농축되도록 유입되어 그 내부에 유동하는 유체에 녹을 수 있는 제 2 멤브레인 컨택터; 및 상기 제 1 멤브레인 컨택터와 상기 제 2 멤브레인 컨택터와 연동하는 진공 펌프를 포함하는 담수 분리기 및 상기 담수 분리기를 포함하는 구성으로 이루어지고 있다.
그러나 상기 기술은 제 1 멤브레인 컨택터로 공급되는 유체를 가열하기 위한 히터가 구비되는데 이에 따른 전력소모가 커지는 문제점과 정삼투 분리기 외에 적어도 2개이상의 멤브레인 컨택터와 진공펌프를 구비함에 따라 설비의 복잡성과 비용문제를 안고 있다.
현재까지 정삼투법(FO)을 이용한 담수 방법은 유도용액에 따라 담수능력이 좌우될 정도로 유도용액에 대한 의존도가 높고 유도용액으로부터 담수를 분리하는데 에너지가 많이 소모되며 유도용액의 회수 또한 쉽지않다.
또한 막증류법(MD)을 이용한 담수 방법은 원수가 막에 응축될 수 있게 일정온도 이상이 되도록 별도 가열부재로 가열하는데 이에 따른 전력소모 문제와 별도 냉각수를 구비해야 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 정삼투법(FO)과 막증류법(MD)을 이용하여 원수로부터 담수를 효과적으로 분리하고 해수, 하수처리방류수 등과 같은 유입원수로부터 히트펌프를 이용하여 열에너지를 흡수하여 유도용액으로 열을 방출하여 온도를 높임으로써 가열전력을 절감하는데 목적이 있다.
또한 히트펌프를 통해 열을 빼앗긴 저온의 유입원수를 증류 막여과장치의 냉각수로 사용함으로써 별도의 냉각공정 없이 담수화 효율을 높일 수 있는 히트펌프를 이용한 막여과 장치를 제공함에 목적이 있다.
또한 흡수탱크부내의 유도용액과 담수가 희석되어 히트펌프의 응축기, 고온탱크부, 증류부 그리고 다시 흡수탱크부로 재순환 공급되도록 함으로써 유도용액의 열손실을 최소화하고 증류 막여과장치의 분리막이 쉽게 오염되지 않고 수명이 오래 지속될 수 있도록 하는데 목적이 있다.
본 발명은 원수유입부에서 분기된 제1유입관로를 통해 공급되는 원수를 증발기, 압축기, 응축기, 팽창밸브에 의해 원수의 열을 흡수하고 외부로 배출하는 히트펌프와, 상기 제2유입관로에 설치되어 원수로부터 담수를 분리하여 흡수탱크부로 공급하는 정삼투 막여과장치와, 상기 정삼투 막여과 장치를 통해 유입되는 담수와 유도용액이 희석되어 저장공급하는 흡수탱크부와, 상기 흡수탱크부의 원수가 응축기를 거쳐 가열된 유도용액을 저장하는 고온탱크부와, 상기 고온탱크부에서 공급되는 고온 유도용액이 증류부, 분리막, 냉각부에 의해 담수분리가 이루어지는 증류 막여과장치와, 상기 증류 막여과장치에서 분리된 담수가 배출되도록 한 담수배출부와, 상기 증류 막여과장치의 증류부에서 배출된 유도용액은 회수관로를 통해 흡수탱크부로 재순환 공급되도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 히트펌프의 증발기에서 배출되는 저온의 원수는 냉각수관로를 통해 증류 막여과장치의 냉각부로 공급되게 한 것을 더 포함하여서 됨을 특징으로 한다.
상기 히트펌프의 응축기와 고온탱크부를 연결하는 공급관로에 가열부재가 설치되어 고온탱크부의 온도를 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은, 정삼투(FO)과 막증류법(MD)을 이용하여 원수로부터 담수를 효과적으로 분리하고 해수, 하수처리방류수 등과 같은 유입원수로부터 히트펌프를 이용, 열을 흡수하여 유도용액의 온도를 높임으로써 가열전력이 절감되는 효과가 있다.
또한 히트펌프를 통해 열을 빼앗긴 저온의 원수를 증류 막여과장치의 냉각수로 사용함으로써 별도의 냉각공정이 없이 담수화효율을 높이는 효과가 있다.
또한 흡수탱크부내의 유도용액과 담수가 희석되어 히트펌프의 응축기, 고온탱크부, 증류부 그리고 다시 흡수탱크부로 재순환 공급되도록 함으로써 유도용액의 열손실을 최소화하고 증류 막여과장치의 분리막이 쉽게 오염되지 않고 수명이 지속되어 분리막 교체비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 막여과 장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 막여과 장치의 또 다른 실시예를 나타낸 구성도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 도 1에서 도시한 바와 같이 원수유입부에서 분기된 제1유입관로(1)를 통해 공급되는 원수를 증발기(110), 압축기(120), 응축기(130), 팽창밸브(140)에 의해 원수의 열을 흡수하고 외부로 배출하는 히트펌프(100)와, 상기 제2유입관로(2)에 설치되어 원수로부터 담수를 분리하여 흡수탱크부(300)로 공급하는 정삼투 막여과장치(200)와, 상기 정삼투 막여과 장치(200)를 통해 유입되는 담수와 유도용액이 희석되어 저장공급되는 흡수탱크부(300)와, 상기 흡수탱크부(300)의 원수가 응축기(130)를 거쳐 가열된 유도용액을 저장하는 고온탱크부(400)와, 상기 고온탱크부(400)에서 공급되는 고온 유도용액이 증류부(510), 분리막(520), 냉각부(530)에 의해 담수분리가 이루어지는 증류 막여과장치(500)와, 상기 증류 막여과장치(500)에서 분리된 담수가 배출되도록 한 담수배출부(540)와, 상기 증류 막여과장치(500)의 증류부(510)에서 배출된 유도용액은 회수관로(600)를 통해 흡수탱크부(300)로 재순환 공급되는 구성으로 이루어진다.
본 발명의 원수유입부로 유입되는 원수는 해수, 기수(brackish water), 하수처리방류수 등을 예로 들 수 있다.
본 발명의 히트펌프(100)는 상기 제1유입관로(1)를 통해 공급되는 원수는 증발기(110), 압축기(120), 응축기(130), 팽창밸브(140), 등으로 구성된 통상적인 히트펌프(100)의 순환 사이클에 의해 원수의 열 교환이 이루어지고 이 과정을 거친 저온의 원수는 배출된다.
이때 배출되는 저온의 원수는 도 2에 도시된 바와 같이 수질상태에 따라 외부로 배출시키지 않고 냉각수 관로(531)를 통해 증류 막여과장치(500)의 냉각부(530)로 공급되어 냉각수로 사용됨으로써 별도의 냉각공정이 없이 담수화효율을 높이는 효과가 있다.
본 발명의 정삼투 막여과장치(200)는 상기 제2유입관로(2)에 설치되어 원수를 1차적으로 여과하여 흡수탱크부(300)로 공급되도록 함으로써 증류 막여과장치(500)의 분리막(520)의 막폐색을 방지하고 기타 이물질로부터 분리막(520)의 수명을 높이는 효과가 있다.
본 발명의 흡수탱크부(300)는 상기 증류 막여과장치(500)에서 담수가 증발, 응축과정을 거쳐 처리되고 증류부(510)에서 배출되는 유도용액은 농도가 높은 상태로 회수관로(600)를 통해 흡수탱크부(300)로 재유입되는데 제2유입관로(2)를 통해 정삼투 막여과장치(200)로 유입되는 비교적 저농도의 원수가 삼투압에 의하여 고농도의 유도용액이 저장되어 있는 흡수탱크부(300)로 유입된다.
상기 흡수탱크부(300)에 저장된 유도용액은 히트펌프(100)의 응축기(130)를 거치면서 온도가 상승하는데 이때 가열된 유도용액의 온도는 40~ 60 C가 바람직하다.
상기 히트펌프(100)의 응축기(130)와 고온탱크부(400)를 연결하는 공급관로(410)에 가열부재(450)가 설치되어 고온탱크부(400)로 유입되는 원수의 온도를 조절하는데 이는 히트펌프(100)를 통해 얻어지는 열원이 부족할 경우에 사용될 수 있고, 고온탱크부(400)에 유입되는 원수의 온도를 한 번 더 가열함으로써 효율적인 담수 생산이 가능하다.
본 발명의 증류 막여과장치(500)는 일반적으로 주지되어 있는 막증류법(MD; Membrane Distillation)을 이용한 담수처리의 구성으로써 분리막(520)을 사이에 두고 한쪽은 가열된 높은 온도의 유도용액이 증류부(510)에 유입되고 다른 한쪽은 낮은 온도의 냉각수가 유입되는 냉각부(530)가 구비됨으로써 분리막(520) 표면의 미세기공을 통해 가열된 유도용액에 포함된 담수가 증발렴貂墟臼 응축되면서 담수를 분리시켜 생산하는 방법으로써 DCMD(Direct contact MD)법, AGMD(Air gap MD)법, SGMD(Sweep gas MD)법, VMD (Vacuum MD)법 등을 포함하는 구성이다.
상기 증류 막여과장치(500)에서 분리된 담수는 담수배출관로(540)를 통해 배출되고 증류부(510)를 통과한 유도용액은 외부로 배출되지 않고 회수관로(600)를 통해 흡수탱크부(300)로 재유입되어 유도용액에 가열된 열을 낭비 없이 재사용하고 높은 농도의 유도용액을 공급함으로써 정삼투 막여과장치(200)를 통해 삼투압 작용으로 원수로부터 담수가 용이하게 분리될 수 있도록 하기 위함이다.
아래에는 원수가 유입되어 담수로 분리되는 일련의 과정을 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이,
원수유입부를 통해서 들어온 원수는 분기된 제1유입관로(1)를 통해 히트펌프(100)로 공급되고 열 교환이 이루어진 뒤 원수는 다시 배출된다.
상기 흡수탱크부(300)에는 제2 유입관로(2)를 통해 유입되는 원수보다 상대적으로 고농도의 유도용액이 있으며 유도용액을 정삼투 막여과장치(200)의 분리막과 접해있다.
상기 원수유입부에서 분기된 제2유입관로(2)를 통해 유입되는 원수는 정삼투 막여과장치(200)의 분리막을 통해 삼투압 작용으로 흡수탱크부(300)의 고농도의 유도용액 쪽으로 담수가 흡수된다.
위와 같이 흡수탱크부(300)에 담수가 공급되면 담수가 희석된 유도용액은 히트펌프(100)의 응축기(130)를 거쳐 가열된 다음 고온탱크부(400)에 저장된다.
상기 고온탱크부(400)에 유입되는 유도용액의 적정온도는 원활한 막 증류를 위해 40~60 C가 바람직하며 이를 유지하기 위해 히트펌프(100)의 응축기(130)와 필요에 따라 고온탱크부(400)를 연결하는 공급관로(410)에 가열부재(450)를 설치하여 고온탱크부(400)의 온도를 조절할 수 있다.
상기 고온탱크부(400)에 저장된 고온의 유도용액은 증류 막여과장치(500)의 증류부(510)에 공급하여 담수를 분리한다.
상기 증류 막여과장치(500)는 분리막(520)을 사이에 두고 한쪽은 가열된 높은 온도의 유도용액이 유입되는 증류부(510)에 유입되고 다른 한쪽은 낮은 온도의 냉각수가 유입되는 냉각부(530)가 구비됨으로써 분리막(520) 표면의 미세기공을 통해 가열된 유도용액 중 담수의 증기가 투과하여 응축, 분리되어 담수가 생산, 담수배출관로(540)를 통해 배출된다.
상기 냉각부(530)에 유입되는 냉각수는 별도로 구비되어 공급하거나 도 2에 도시된 바와 같이 히트펌프(100)를 통해 배출되는 저온의 원수가 냉각수관로(531)를 통해 유입되어 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
1 : 제1유입관로 2 : 제2유입관로
100 : 히트펌프 110 : 증발기
120 : 압축기 130 : 응축기
140 : 팽창밸브 200 : 정삼투 막여과장치
300 : 흡수탱크부 400 : 고온탱크부
410 : 공급관로 450 : 가열부재
500 : 증류 막여과장치 510 : 증류부
520 : 분리막 530 : 냉각부
531 : 냉각수관로 540 : 담수배출부
600 : 회수관로
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은, 가열전력이 절감되는 효과가 있고.
담수화효율을 높이는 효과가 있으며 분리막 교체비용이 절감되는 효과가 있으므로 산업상 이용할수 있다.

Claims (3)

  1. 원수유입부서 분기된 제1유입관로(1)를 통해 공급되는 원수를 증발기(110), 압축기(120), 응축기(130), 팽창밸브(140)에 의해 원수의 열을 흡수하고 외부로 배출하는 히트펌프(100)와,
    상기 제2유입관로(2)에 설치되어 원수로부터 담수를 분리하여 흡수탱크부(300)로 공급하는 정삼투 막여과장치(200)와,
    상기 정삼투 막여과 장치(200)를 통해 유입되는 담수와 유도용액이 희석되어 저장공급하는 흡수탱크부(300)와,
    상기 흡수탱크부(300)의 원수가 응축기(130)를 거쳐 가열된 유도용액을 저장하는 고온탱크부(400)와,
    상기 고온탱크부(400)에서 공급되는 고온 유도용액이 증류부(510), 분리막(520), 냉각부(530)에 의해 담수분리가 이루어지는 증류 막여과장치(500)와,
    상기 증류 막여과장치(500)에서 분리된 담수가 배출되도록 한 담수배출부(540)와,
    상기 증류 막여과장치(500)의 증류부(510)에서 배출된 유도용액은 회수관로(600)를 통해 흡수탱크부(300)로 재순환 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 막여과 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 히트펌프(100)의 증발기(110)에서 배출되는 저온의 원수는 냉각수관로(531)를 통해 증류 막여과장치(500)의 냉각부(530)로 공급되게 한 것을 더 포함하여서 됨을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 막여과 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 히트펌프(100)의 응축기(130)와 고온탱크부(400)를 연결하는 공급관로(410)에 가열부재(450)가 설치되어 고온탱크부(400)의 온도를 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 막여과 장치.
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