WO2016186308A1 - 막증류에 의한 담수 제조장치 - Google Patents

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WO2016186308A1
WO2016186308A1 PCT/KR2016/002957 KR2016002957W WO2016186308A1 WO 2016186308 A1 WO2016186308 A1 WO 2016186308A1 KR 2016002957 W KR2016002957 W KR 2016002957W WO 2016186308 A1 WO2016186308 A1 WO 2016186308A1
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seawater
membrane
membrane distillation
module
distillation
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PCT/KR2016/002957
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Inventor
김승현
최용준
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경남대학교 산학협력단
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/364—Membrane distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a fresh water production apparatus by membrane distillation which can maximize energy efficiency and maximize energy efficiency.
  • Water is the most important natural resource for humans, covering about 75% of the earth's surface. About 97% of the earth's water is at sea, and about two-thirds of the remaining 3% are polar ice caps or glaciers.
  • seawater present in the sea is too salty to be used for human living or industrial water, so there is very little fresh water available for human life.
  • the seawater desalination methods are mainly distillation, reverse osmosis, electro-dialysis using electric fields, freezing processes using cold heat energy, and membrane distillation using hydrophobic membranes. There is).
  • the seawater desalination technology using the membrane distillation method has advantages in that the operation method is simple and does not need high operating pressure, and the purity of the treated fresh water is higher than other methods.
  • Korean Laid-Open Patent Publication No. 2008-0082627 discloses that the liquid to be concentrated in a multi-stage membrane distillation apparatus is separated from the vapor space by the membrane and is set to the absolute pressure of the liquid to be concentrated.
  • a membrane distillation apparatus in which a distillation process is configured such that a negative pressure lowering an absolute pressure is applied.
  • a negative pressure that lowers the absolute pressure of the liquid to be concentrated is applied to the liquid to be concentrated
  • b) the pressure of the liquid to be concentrated is lowered to negative pressure, negative pressure of the distillation process
  • c) is extracted to and from the negative pressure region of the distillation process.
  • the liquid is isolated from the ambient pressure, and d) the absolute pressure of the liquid is lowered below the boiling vapor pressure corresponding to that temperature.
  • the absolute pressure of the liquid entering the membrane distillation process is then set to substantially correspond to the pressure in the associated membrane distillation apparatus.
  • the membrane distillation apparatus has a disadvantage in that the efficiency of the apparatus is low because the amount of energy consumed by introducing the vaporized seawater into the membrane module is large, and the first and second stages are complicated.
  • An object of the present invention is to provide a fresh water production apparatus capable of maximizing energy efficiency by reducing the amount of energy consumed in a fresh water production process while improving the density of a low film, which is a limit of flat membranes.
  • the present invention is a seawater storage tank for storing the incoming seawater;
  • a heating device for heating the seawater supplied from the seawater storage tank;
  • a membrane distillation module having a hollow fiber distillation membrane in a vacuum state, wherein the seawater supplied through the heating device passes through the hollow fiber distillation membrane to generate steam; It provides a fresh water production apparatus by the membrane distillation, characterized in that it comprises a; heat exchanger for producing fresh water by the heat generated by the steam distillation module and the seawater supplied from the seawater storage tank.
  • the heat exchange device may further include a preheated seawater transfer unit for introducing preheated seawater discharged through heat exchange into a heating device.
  • the heat exchange device may perform heat exchange at a portion where the steam moving portion into which the steam generated in the membrane distillation module flows and the seawater moving portion into which the seawater supplied from the seawater storage tank flows are in contact with each other.
  • the heat exchange apparatus may be further provided with a thermoelectric generator module disposed between the steam moving unit and the seawater moving unit, one side of which is in contact with the steam moving unit and the other side of which is in contact with the seawater moving unit.
  • the thermoelectric power module may be a thin film thermoelectric device having a maximum cooling temperature of 40 to 80 ° C.
  • the membrane distillation module includes a body having a hollow fiber distillation membrane, an upper cap and a lower cap covering upper and lower portions of the body, and the lower cap is provided with a pump for discharging gas present in the membrane distillation module to the outside.
  • the interior of the distillation module can be kept in a vacuum.
  • the body is equipped with a microwave generator on its inner side, it may be made of a material containing a ferroelectric.
  • the ferroelectric is BaO-PbO-Nd 2 O 3 -Bi 2 O 3 -TiO 2 , Al 2 O 3 , MgTiO 3 -CaTiO 3 , (Zr, Sn) TiO 4 , BaTi 4 O 9 , Ba 2 Ti 9 O 20 , and xCaTiO 3 - may be at least one member selected from the group consisting of (1-x) (La, Nb, Sm) AlO 3 ( stage, 0.54 ⁇ x ⁇ 0.82).
  • the membrane distillation module may be heated seawater and phase change material, or heated seawater and warm medium.
  • the phase change material is selected from the group consisting of CaCl 2 ⁇ 6H 2 O, Na 2 SO 4 ⁇ 10H 2 O, C 28 H 58 (Octacosane), CH 3 COONa ⁇ 3H 2 O (Sodium Acetate Trihydrate), and paraffin waxes It may be more than one species.
  • the warm medium may be at least one selected from the group consisting of sodium acetate supersaturated solution, sodium thiosulfate supersaturated solution, and calcium nitrate tetrahydrate.
  • the hollow fiber distillation membrane may include a hollow fiber bundle having a plurality of hollow fiber membranes, and a module case accommodating the hollow fiber bundles.
  • the membrane distillation module may be arranged in series with the heat exchanger.
  • the membrane distillation module may be provided in plurality of two or more.
  • Freshwater manufacturing apparatus has a high degree of integration of the membrane compared to the conventional flat membrane using a membrane distillation module having a hollow fiber distillation membrane.
  • the freshwater production apparatus is the film distillation and heat exchange is carried out at the same time, there is a simplified and simplified advantage compared to the process of performing each of the conventional separately.
  • the freshwater manufacturing apparatus has the advantage of maximizing energy efficiency by using seawater preheated by heat exchange between the steam generated from the membrane distillation module and seawater which is a raw material.
  • the freshwater manufacturing apparatus can introduce the preheated seawater by heat-exchanging the steam generated from the membrane distillation module and the raw material seawater and at the same time to produce electricity using the temperature difference between the steam and seawater and the thin film thermoelectric element It can be produced has the advantage of maximizing energy efficiency.
  • the freshwater manufacturing apparatus has the advantage of improving the freshwater production efficiency by minimizing the temperature gradient inside the membrane distillation module generated during operation of the device.
  • 1 to 4 show a schematic diagram of a fresh water production apparatus according to an example of the present invention.
  • the present invention relates to a fresh water production apparatus capable of maximizing energy efficiency and increasing membrane density.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a fresh water production apparatus according to the present invention.
  • the freshwater manufacturing apparatus 10 includes a seawater storage tank 20 for storing incoming seawater; A heating device (30) for heating the seawater supplied from the seawater storage tank (20); A membrane distillation module (40) having a hollow fiber distillation membrane (41) in a vacuum state, wherein the seawater supplied through the heating device (30) passes through the hollow fiber distillation membrane (41) to generate steam; And a heat exchanger 50 for producing fresh water by heat-exchanging the steam generated from the membrane distillation module 40 and the seawater supplied from the seawater storage tank 20.
  • Freshwater manufacturing apparatus 10 performs a vacuum membrane distillation process, and employs a membrane distillation module 40 and a heat exchanger device 50 equipped with a hollow fiber distillation membrane 41 at the same time.
  • the present invention can significantly improve the degree of integration of membrane modules compared to conventional flat membranes by using hollow fiber as membranes used for membrane distillation.
  • the membrane distillation module 40 and the heat exchanger device 50 are simultaneously employed to simplify and simplify the device configuration as compared to the conventional art.
  • the heat exchanger device 50 using the seawater as a refrigerant and the seawater preheated by the heat exchanger are used. It can be introduced into the membrane distillation module to maximize energy efficiency.
  • Figure 2 shows a schematic diagram of an example freshwater production apparatus further comprising a thermoelectric power module in the heat exchange apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an exemplary freshwater producing apparatus further comprising a thermoelectric generator module in the heat exchanger of FIG. 1, a microwave generator mounted on the membrane distillation module, and the body of the membrane distillation module configured as a ferroelectric. .
  • Figure 4 shows a schematic diagram of an example freshwater production apparatus further comprising a phase change material storage tank or a warm medium storage tank in the configuration of FIG.
  • the seawater storage tank 20 serves to store the seawater introduced from the outside.
  • the seawater storage tank 20 is not particularly limited as long as it has a shape in which a space for storing seawater may be provided.
  • the seawater storage tank 20 may have a cylindrical or square shape.
  • the seawater stored here is not particularly limited as long as it contains water.
  • the pretreatment process such as filter or sea osmosis (FO) may be further performed.
  • the present invention may add a phase change material or a warm medium together with the seawater to the heating apparatus.
  • phase change material storage tank or a warm medium storage tank capable of storing a phase change material or a warm medium before flowing into the heating apparatus, and to flow into the heating apparatus.
  • the phase change material storage tank or the warm medium storage tank is not particularly limited as long as a space for storing the phase change material or warm medium can be provided.
  • the phase change material or warm medium is preferably encapsulated and embedded in the capsule so as not to affect the membrane distillation when the state changes.
  • the content of the phase change material or warm medium in the capsule is not particularly limited and is preferably internalized to a degree that does not affect the shape of the capsule when the state changes.
  • the component composition for forming the capsule is preferably selected in consideration of the reactivity with seawater, the reactivity on the film distillation process conditions (temperature, pressure, time) and the like.
  • the encapsulated phase change material or warm medium has a diameter of 5 mm or more, preferably 5 mm to 50 mm. When the diameter is less than 5 mm, the hollow fiber membrane may be damaged to reduce the efficiency of membrane distillation.
  • the phase change material is selected from the group consisting of CaCl 2 ⁇ 6H 2 O, Na 2 SO 4 ⁇ 10H 2 O, C 28 H 58 (Octacosane), CH 3 COONa ⁇ 3H 2 O (Sodium Acetate Trihydrate), and paraffin waxes It may be more than one species.
  • the phase change material serves to increase the temperature of the seawater lowered by the heat generated as the phase changes from the liquid phase to the solid phase when the temperature of the seawater decreases in the membrane distillation module which will be described later.
  • the membrane distillation module is lowered as the temperature of the heated seawater flowing from the upper portion is lowered to lower the membrane distillation efficiency.
  • the temperature of the seawater is increased by the heat generation of the phase change material causing the phase change to a certain temperature, thereby minimizing the temperature gradient inside the membrane distillation module, thereby improving the efficiency of membrane distillation.
  • the warm medium may be at least one selected from the group consisting of sodium acetate supersaturated solution, sodium thiosulfate supersaturated solution, and calcium nitrate tetrahydrate.
  • the warm medium serves to raise the temperature of the sea water by heat generated as the phase changes from the liquid phase to the solid phase in the membrane distillation module to be described later.
  • the membrane distillation module is lowered as the temperature of the heated seawater flowing from the upper portion is lowered to lower the membrane distillation efficiency.
  • microwaves are irradiated from the microwave generator, the microwaves cause physical impacts on the warming medium, or the whole medium generates a phase change by collision between the encapsulated warming medium, and the temperature of the seawater is It increases the efficiency of membrane distillation by minimizing the temperature gradient inside the membrane distillation module.
  • the heating device 30 serves to heat the seawater supplied from the seawater storage tank 20 and the seawater preheated by heat exchange.
  • the seawater preheated by the heat exchange is supplied through the preheated seawater transfer unit 53 of the heat exchanger 50.
  • the heating device 30 preferably heats the seawater to an optimal temperature for performing the film distillation process in the film distillation module 40 which will be described later.
  • the temperature is preferably 50 to 90 °C. If the temperature is less than 50 °C can be difficult to evaporate in the film distillation module 40 because the temperature is low, if the temperature is more than 90 °C may cause a problem of low energy efficiency.
  • the heating device 30 is not particularly limited as long as it is commonly used in the art.
  • the heating device 30 may be a heater, a heat collecting device using sunlight, and the like, and in order to reduce energy consumption, it is more preferable to apply a heat collecting device using sunlight.
  • the membrane distillation module 40 serves to generate steam from the seawater supplied through the heating device 30.
  • the membrane distillation module 40 includes a body 42 having a hollow fiber distillation membrane 41 in a vacuum state, and an upper cap 43 and a lower cap 44 covering upper and lower portions of the body 42, respectively. do.
  • the membrane distillation module is provided with a seawater inlet through which heated seawater is introduced, a steam outlet through which steam distilled by the hollow fiber distillation membrane is discharged, and a seawater outlet through which seawater remaining after distillation by the hollow fiber distillation membrane is discharged.
  • the location of the seawater inlet, steam outlet, and seawater outlet is not particularly limited, and may be provided at a position capable of easily maintaining the vacuum state of the membrane distillation module and ease of inflow of seawater, discharge of steam, seawater discharge, and the like.
  • the introduced seawater is partially discharged as steam by the hollow fiber distillation membrane, and the other is discharged through the seawater outlet.
  • seawater discharged from one membrane distillation module can be used as influent of another membrane distillation module.
  • the heated seawater passes through the hollow fiber distillation membrane 41 provided in the body 42, and the concentrated water in the seawater is separated from the membrane surface, and only vapor is released through the pores of the membrane.
  • the size of the membrane distillation module 40 can be appropriately changed according to the inflow of the seawater to be treated, it is preferable that sufficient space remains even after the hollow fiber distillation membrane 41 is provided inside the body 42. . This is to secure a space that can be circulated before the heated seawater passes through the hollow fiber distillation membrane 41.
  • the body 42 of the film distillation module 40 is preferably made of a material containing a ferroelectric material, more preferably, a ferroelectric layer is formed on the inner surface of the body.
  • the ferroelectric layer may be formed by bonding a ferroelectric on a film or coating a composition containing a ferroelectric.
  • the ferroelectric is not particularly limited to those used in general, but specifically, BaO-PbO-Nd 2 O 3 -Bi 2 O 3 -TiO 2 , Al 2 O 3 , MgTiO 3 -CaTiO 3 , (Zr, Sn) TiO 4 , BaTi 4 O 9 , Ba 2 Ti 9 O 20, and one or more selected from the group consisting of xCaTiO 3 — (1-x) (La, Nb, Sm) AlO 3 (where 0.54 ⁇ x ⁇ 0.82) may be used. Can be. Considering the dielectric constant effect in the microwave region, xCaTiO 3- (1-x) (La, Nb, Sm) AlO 3 (where 0.54 ⁇ x ⁇ 0.82) is preferable.
  • microwave generators are mounted on the inner side of the body.
  • the microwave generator is generally used in the art and is not particularly limited.
  • the membrane distillation module 40 is lowered as the temperature of the heated seawater flowing from the upper portion toward the lower side will lower the membrane distillation efficiency.
  • microwaves are irradiated from the microwave generator, and the irradiated microwaves heat the ferroelectric to minimize the temperature gradient inside the membrane distillation module.
  • the microwave may simultaneously play a role of inducing a phase change of the warming medium by causing a physical shock when the warming medium is used.
  • the membrane distillation module 40 may be provided with one or more. If it is two or more, it can arrange
  • the hollow fiber distillation membrane 41 of the membrane distillation module 40 may include a hollow fiber bundle 41a provided with a plurality of hollow fiber membranes and a module case 41b for accommodating the hollow fiber bundle 41a. have.
  • the number of the hollow fiber bundles and membrane distillation modules to be accommodated is preferably adjusted in consideration of the target freshwater production amount and installation criteria of the device.
  • the membrane distillation module 40 having the above-described configuration includes a hollow fiber distillation membrane 41 and can secure a larger membrane area per unit volume than the conventional flat membrane.
  • the hollow fiber distillation membrane 41 is preferably formed of a hydrophobic polymer material so that only steam passes without passing water.
  • the hollow fiber distillation membrane 41 is preferably formed of one or more materials selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyvinylidenedifluoride, and polytetrafluoroethylene, and more preferably polytetrafluoroethylene. It is good to be formed.
  • the polytetrafluoroethylene is a chemically stable polymer and can perform a strong chemical cleaning when removing fouling or scale generated in the hollow fiber membrane.
  • the size of the hollow fiber distillation membrane 41 is preferably selected from the size of the outer diameter and the inner diameter, the pore size of the hollow fiber distillation membrane 41 in consideration of pressure loss, membrane strength and filling efficiency.
  • the module case 41b for accommodating the hollow fiber bundle 41a may be formed of a material commonly used in the art, and may be formed of, for example, stainless steel having excellent impact resistance and reusability.
  • the membrane distillation module 40 configured as described above maintains its interior in a vacuum state.
  • the lower cap 44 is formed with a pump 45 for discharging the gas present in the membrane distillation module 40 to the outside to maintain the interior of the membrane distillation module 40 in a vacuum state.
  • the membrane distillation module 40 in which the inside is maintained in a vacuum state may generate steam at a boiling point lower than that of seawater, and at the same time, may improve the evaporation rate.
  • the steam generated in the membrane distillation module 40 is moved to the heat exchanger 50 to be described later by the steam flow passage 46 integrally coupled to the lower portion of the lower cap 44.
  • the heat exchange device 50 serves to produce fresh water by heat exchange between steam generated in the membrane distillation module 40 and seawater supplied from the seawater storage tank 20.
  • the heat exchange device 50 is a device for performing heat exchange between fluids by directly contacting two low temperature and high temperature fluids having different temperatures.
  • the low temperature fluid may be about 5 to 25 ° C. of seawater
  • the high temperature fluid may be about 40 to 80 ° C. in consideration of heat exchange efficiency of the heat exchange device 50.
  • the heat exchange device 50 is applicable to the structure generally employed in the art, and can be easily formed by those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.
  • the heat exchange in the heat exchange device 50 is a steam moving unit 51 and the seawater supplied from the steam moving unit 51 and the seawater storage tank 20 in which the steam generated in the membrane distillation module 40 flows through the steam passage 46. It may be performed at a portion where the incoming sea water moving portion 52 abuts.
  • the steam of the steam moving unit 51 and the seawater of the seawater moving unit 52 is preferably introduced / discharged in the opposite direction.
  • the steam of the steam moving unit 51 may be introduced / discharged from the bottom to the top, the sea water of the sea water moving unit 52 from the top to the bottom.
  • thermoelectric power generation module 54 in contact with the steam moving unit and the other side is in contact with the seawater moving unit.
  • the thermoelectric generator module 54 includes a thin film thermoelectric element, and the thin film thermoelectric element has a maximum cooling temperature in consideration of a temperature difference between steam generated in the membrane distillation module 40 and seawater supplied from the seawater storage tank 20. What is 40-80 degreeC can be used.
  • the thin film thermoelectric device may be a product of Nextreme, Kyrotherm, or Microplet.
  • thermoelectric generator module 54 is connected to wires (not shown) at both ends of the thin film thermoelectric device. When the wire is connected, the potential is generated by the temperature difference between the steam generated in the membrane distillation module 40 and the seawater supplied from the seawater storage tank 20 to produce electricity.
  • the thin film thermoelectric device may include a plurality of wires, and it is preferable to include as many wires as the number of the thin film thermoelectric devices.
  • the produced fresh water may be stored in a separate fresh water storage tank and used as living water, industrial water, agricultural water, and the like.
  • the seawater which is a raw material for desalination, is used as a refrigerant for condensing the steam, procurement cost of the refrigerant is not required.
  • the membrane distillation module 40 may be arranged in series with the heat exchanger device 50, and the membrane distillation module 40 and the heat exchanger device 50 are provided in one unit set, and these are two or more units. It may be provided in plurality.
  • the membrane distillation module 40 and the heat exchanger 50 set may be freely provided in consideration of the amount of seawater to be treated and the treatment efficiency.
  • all the fluids flowing in the freshwater production apparatus 10 of the present invention may be introduced and discharged through a supply line (not shown).
  • the desalination apparatus 10 according to the present invention having the above-described configuration improves the permeability of the membrane by the hollow fiber distillation membrane 41, and performs heat exchange between steam and seawater by the heat exchanger 50 to operate at low energy. This is possible.
  • 41a hollow fiber bundle 41b: module case

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Abstract

본 발명은 막증류에 의한 담수 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유입되는 해수를 저장하는 해수 저장조; 상기 해수 저장조로부터 공급되는 해수를 가열하는 가열 장치; 진공상태 내에 중공사 증류막을 구비하여, 상기 가열 장치를 거쳐 공급되는 해수가 상기 중공사 증류막을 통과하여 증기를 발생하는 막증류 모듈 및; 상기 막증류 모듈에서 발생되는 증기와 해수 저장조로부터 공급되는 해수가 열교환되어 담수를 생산하는 열교환 장치;를 포함함으로써, 막의 집적도를 향상시켜 담수의 생산량을 증가시키면서, 동시에 열교환에 의해 예열된 해수를 사용하여 에너지 효율을 극대화할 수 있는 막증류에 의한 담수 제조장치에 관한 것이다.

Description

막증류에 의한 담수 제조장치
본 발명은 막의 집적도 향상과 동시에 에너지 효율을 극대화할 수 있는 막증류에 의한 담수 제조장치에 관한 것이다.
물은 인간의 가장 중요한 천연 자원으로써, 지구 표면의 약 75％를 덮고 있다. 지구상에 존재하는 물의 약 97％는 바다에 있고, 나머지 3％ 중의 약 2/3는 극 지방의 만년설이나 빙하로 존재한다.
그러나 바다에 존재하는 해수는 인간의 생활용수나 산업용수로 이용하기에는 염도가 너무 높은바, 실제로 인간이 생활에 이용할 수 있는 담수는 매우 적다.
더욱이, 오늘날에는 계속하여 증가되고 있는 산업화와 이에 따른 환경오염으로 인해 인간의 생활에 이용할 수 있는 담수는 점차 그 양이 줄어들고 있으며, 이로 인해 담수 부족 및 고갈 현상이 점차 증가하고 있다.
따라서 이러한 담수 부족 및 고갈 현상을 해결하기 위한 방안으로서, 전술한 바와 같이 많은 양의 해수를 담수로 전환하기 위한 방안이 모색되고 있으며, 이러한 방안을 구현하기 위하여 다양한 해수의 담수화 장치가 개발되고 있다.
일반적으로, 해수담수화 방법은 크게 증발법(Distillation), 역삼투법(Reverse Osmosis), 전기장을 이용한 전기 투석법(Electro-dialysis), 냉열에너지를 이용한 냉동법(Freezing Process) 및 소수성 막을 이용한 막증류법(membrane distillation)이 있다.
이 중 막증류법을 이용한 해수 담수화 기술은, 다른 방식에 비하여 운전 방식이 간단하고 높은 운전압력이 필요하지 않으며 처리된 담수의 순도가 높은 장점이 있다.
상기한 막증류법을 이용한 종래 기술로 한국공개특허 제2008-0082627호에서는 다단 멤브레인 증류 장치에서 농축될 액체가 멤브레인에 의해 증기 공간으로부터 격리되고 농축될 액체의 절대 압력의 설정을 위해, 농축될 액체의 절대압력을 낮추는 부압이 인가되도록 증류 프로세스를 구성한 멤브레인 증류장치를 개시한 바가 있다.
구체적으로 a) 농축될 액체의 절대 압력을 낮추는 부압이 농축될 액체에 가해지고, b) 농축될 액체의 압력이 부압, 증류 프로세스의 부압으로 낮아지고, c) 증류 프로세스의 부압 영역에 대하여 입출되는 액체가 주위 압력으로부터 격리되고, d) 액체의 절대 압력이 그 온도에 대응하는 비등 증기압 이하로 낮아진다. 이때, 상기 멤브레인 증류 프로세스로 들어가는 액체의 절대 압력은 연관되는 멤브레인 증류 장치 내의 압력과 실질적으로 대응되도록 설정된다.
상기 멤브레인 증류장치는 막모듈에 증기화된 해수를 유입하여 소모되는 에너지량이 커서 효율이 낮고, 제1 및 제2 스테이지로 구성되어 장치의 설비가 복잡하다는 단점이 있다.
본 발명은 평막의 한계점인 낮은 막의 집적도를 향상시키면서 동시에 담수 제조 공정에서 소모되는 에너지의 사용량을 감소시켜 에너지 효율을 극대화할 수 있는 담수 제조장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유입되는 해수를 저장하는 해수 저장조; 상기 해수 저장조로부터 공급되는 해수를 가열하는 가열 장치; 진공상태 내에 중공사 증류막을 구비하여, 상기 가열 장치를 거쳐 공급되는 해수가 상기 중공사 증류막을 통과하여 증기를 발생하는 막증류 모듈 및; 상기 막증류 모듈에서 발생되는 증기와 해수 저장조로부터 공급되는 해수가 열교환되어 담수를 생산하는 열교환 장치;를 포함하는 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치를 제공한다.
상기 열교환 장치는 열교환되어 배출되는 예열된 해수를 가열 장치로 투입하는 예열 해수 이송부를 추가로 포함하는 것일 수 있다.
상기 열교환 장치는 막증류 모듈에서 발생되는 증기가 유입되는 증기 이동부와, 해수 저장조로부터 공급되는 해수가 유입되는 해수 이동부가 접하는 부분에서 열교환이 수행될 수 있다.
상기 열교환 장치는 상기 증기이동부와 해수이동부 사이에 배치되고 일측은 증기이동부와 접하고 타측은 해수이동부와 접하는 열전발전모듈이 추가로 구비될 수 있다.
상기 열전발전모듈은 최대냉각온도가 40 내지 80℃인 박막 열전소자일 수 있다.
상기 막증류 모듈은 중공사 증류막이 구비된 몸체, 상기 몸체의 상하부를 각각 덮는 상부캡 및 하부캡을 포함하고, 상기 하부캡에는 막증류 모듈에 존재하는 기체를 외부로 배출하는 펌프가 구비되어 막증류 모듈의 내부를 진공 상태로 유지할 수 있다.
상기 몸체는 그 내부 측면에 마이크로파 발생기가 장착되고, 강유전체를 함유한 재료를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 강유전체는 BaO-PbO-Nd2O3-Bi2O3-TiO2, Al2O3 , MgTiO3-CaTiO3, (Zr, Sn)TiO4, BaTi4O9, Ba2Ti9O20 , 및 xCaTiO3-(1-x)(La, Nb, Sm)AlO3(단, 0.54≤x≤0.82)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 막증류 모듈은 가열된 해수와 상전이 물질, 또는 가열된 해수와 온매가 유입될 수 있다.
상기 상전이 물질은 CaCl2·6H2O, Na2SO4·10H2O, C28H58(Octacosane), CH3COONa·3H2O(Sodium Acetate Trihydrate), 및 paraffin waxes로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 온매는 아세트산나트륨 과포화용액, 티오황산나트륨 과포화용액 및 칼슘 나이트레이트 테트라하이드레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 중공사 증류막은 복수개의 중공사막이 구비된 중공사 다발과, 상기 중공사 다발을 수납하는 모듈 케이스를 포함할 수 있다.
상기 막증류 모듈은 열교환 장치와 직렬로 배열될 수 있다.
상기 막증류 모듈은 2개 이상 복수개로 구비될 수 있다
본 발명에 따른 담수 제조장치는 중공사 증류막이 구비된 막증류 모듈을 사용하여 종래 평막에 비해 막의 집적도가 높은 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 담수 제조장치는 그 내부에 막증류 및 열교환이 동시에 수행되어, 종래 상기 각각을 별도로 수행하던 공정에 비해 간소화 및 단순화된 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 담수 제조장치는 막증류 모듈로부터 발생된 증기와 원료인 해수의 열교환에 의해 예열된 해수를 사용하여 에너지 효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 담수 제조장치는 막증류 모듈로부터 발생된 증기와 원료인 해수를 열교환하여 예열된 해수를 유입할 수 있고 동시에 상기 증기와 해수의 온도차이와 박막 열전소자를 이용하여 전기 생산을 생산할 수 있어 에너지 효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 담수 제조장치는 장치 가동 시 발생되는 막증류 모듈 내부의 온도 구배를 최소화하여 담수 생산 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1 내지 4는 본 발명의 일례에 따른 담수 제조장치의 개략도를 나타낸 것이다.
본 발명은 막의 집적도 향상과 동시에 에너지 효율을 극대화할 수 있는 담수 제조장치에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 담수 제조장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 담수 제조장치의 개략도를 나타낸 것이다.
상기 도 1과 같이, 본 발명에 따른 담수 제조장치(10)는 유입되는 해수를 저장하는 해수 저장조(20); 상기 해수 저장조(20)로부터 공급되는 해수를 가열하는 가열 장치(30); 진공상태 내에 중공사 증류막(41)을 구비하여, 상기 가열 장치(30)를 거쳐 공급되는 해수가 상기 중공사 증류막(41)을 통과하여 증기를 발생하는 막증류 모듈(40) 및; 상기 막증류 모듈(40)에서 발생되는 증기와 해수 저장조(20)로부터 공급되는 해수가 열교환되어 담수를 생산하는 열교환 장치(50);를 포함한다.
본 발명에 따른 담수 제조장치(10)는 진공 막증류 공정을 수행하되, 중공사 증류막(41)이 구비된 막증류 모듈(40)과 열교환 장치(50)를 동시에 채용한다.
구체적으로, 본 발명은 막증류에 사용되는 막으로 중공사를 사용하여 종래 평막에 비해 막 모듈의 집적도를 월등히 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 막증류 모듈(40)과 열교환 장치(50)를 동시에 채용되어 종래에 비해 장치 구성이 간소화 및 단순화되며, 냉매로 해수를 사용하는 열교환 장치(50) 및 상기 열교환에 의해 예열된 해수를 막증류 모듈에 유입하여 에너지 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 도 2는 상기 도 1의 열교환 장치에 열전발전모듈을 추가로 구비한 일례의 담수 제조장치의 개략도를 나타낸 것이다.
또한, 도 3은 상기 도 1의 열교환 장치에 열전발전모듈을 추가로 구비하고, 막증류 모듈에 마이크로파 발생기가 장착되며 상기 막증류 모듈의 몸체는 강유전체로 구성된 일례의 담수 제조장치의 개략도를 나타낸 것이다.
또한, 도 4는 도 1의 구성에 상전이 물질 저장조 또는 온매 저장조를 추가로 구비한 일례의 담수 제조장치의 개략도를 나타낸 것이다.
해수 저장조(20)는 외부로부터 유입되는 해수를 저장하는 역할을 한다. 상기 해수 저장조(20)는 해수를 저장하기 위한 공간이 마련될 수 있는 형상을 갖는 것이라면 특별히 한정하지는 않으나, 일례로 원통 또는 사각 형상일 수 있다.
여기서 저장되는 해수는 염분이 포함되어 있는 물이라면 특별히 한정하지는 않는다. 다만 후술할 중공사막에 발생되는 파울링 또는 스케일의 발생을 최소화하기 위하여, 해수를 필터 여과하거나 또는 정삼투(FO) 등의 전처리 공정을 추가로 수행할 수 있다.
본 발명은 상기 해수로부터 증기를 발생하는 막증류 모듈 내부의 온도 구배를 최소화 시키기 위하여, 가열장치에 해수와 함께 상전이 물질 또는 온매를 추가하여 유입할 수 있다.
또한, 상기 가열장치에 유입되기 전에 상전이 물질 또는 온매를 저장할 수 있는 상전이 물질 저장조 또는 온매 저장조를 구비하여, 가열장치에 유입하는 것이 바람직하다.
이러한 상전이 물질 저장조 또는 온매 저장조는 상전이 물질 또는 온매를 저장하기 위한 공간이 마련될 수 있는 것이라면 특별히 한정하지는 않는다.
상전이 물질 또는 온매는 상태 변화 시 막증류에 영향을 미치지 않도록 캡술화되어 캡슐에 내제된 것이 바람직하다. 또한, 상기 캡슐에 내제되는 상전이 물질 또는 온매의 함량은 특별히 한정하지 않으며 상태변화 시 캡슐의 형상에 영향을 주지 않는 정도로 내제되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 캡슐을 형성하는 성분구성은 해수와의 반응성, 막증류 공정 조건(온도, 압력, 시간)상에서의 반응성 등을 고려하여 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
상기 캡슐화된 상전이 물질 또는 온매는 직경이 5㎜이상, 바람직하기로는 5㎜ 내지 50㎜인 것이 좋다. 상기 직경이 5㎜미만인 경우에는 중공사막에 손상을 가하여 막증류의 효율을 저하시킬 수 있다.
상기 상전이 물질은 CaCl2·6H2O, Na2SO4·10H2O, C28H58(Octacosane), CH3COONa·3H2O(Sodium Acetate Trihydrate), 및 paraffin waxes로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상전이 물질은 후술할 막증류 모듈 내에서 해수의 온도가 저하되는 경우 액상에서 고상으로 상이 변화되면서 발생하는 열에 의해 저하된 해수의 온도를 상승시키는 역할을 한다. 구체적으로 막증류 모듈은 상부에서 유입되는 가열된 해수의 온도가 하부로 갈수록 저하되어 막증류 효율이 낮아지게 된다. 이를 개선하기 위하여 일정 온도로 상변화를 일으키는 상전이 물질의 발열에 의해 해수의 온도를 상승시켜 막증류 모듈 내부의 온도 구배를 최소화하므로써 막증류의 효율을 향상시킨다.
상기 온매는 아세트산나트륨 과포화용액, 티오황산나트륨 과포화용액 및 칼슘 나이트레이트 테트라하이드레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
온매는 후술할 막증류 모듈 내에서 액상에서 고상으로 상이 변화되면서 발생하는 열에 의해 해수의 온도를 상승시키는 역할을 한다. 구체적으로 막증류 모듈은 상부에서 유입되는 가열된 해수의 온도가 하부로 갈수록 저하되어 막증류 효율이 낮아지게 된다. 이를 개선하기 위하여 마이크로파 발생기로부터 마이크로파가 조사되고, 상기 마이크로파가 온매에 물리적인 충격을 주거나, 캡슐화된 온매들 사이의 충돌에 의해 온매가 상변화를 일으켜 발열하게 되며, 상기 발명에 의해 해수의 온도가 상승하여 막증류 모듈 내부의 온도 구배를 최소화하므로써 막증류의 효율을 향상시킨다.
가열 장치(30)는 상기 해수 저장조(20)로부터 공급되는 해수 및 열교환에 의해 예열된 해수를 가열하는 역할을 한다. 상기 열교환에 의해 예열된 해수는 열교환장치(50)의 예열 해수 이송부(53)를 통하여 공급된다.
상기 가열 장치(30)는 후술할 막증류 모듈(40)에서의 막증류 공정을 수행하기 위한 최적의 온도로 해수를 가열하는 것이 바람직하다.
구체적으로 상기 온도는 50 내지 90℃인 것이 바람직하다. 상기 온도가 50℃ 미만인 경우에는 온도가 낮아 막증류 모듈(40)에서 증발이 어려울 수 있으며 90℃ 초과인 경우에는 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
이러한 가열 장치(30)는 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지는 않는다. 일례로 가열 장치(30)는 히터, 태양광을 이용한 집열장치 등을 적용할 수 있으며, 에너지 소비량의 저감을 위해 태양광을 이용한 집열장치를 적용하는 것이 보다 바람직하다.
막증류 모듈(40)은 가열 장치(30)를 거쳐 공급되는 해수로부터 증기를 발생하는 역할을 한다.
상기 막증류 모듈(40)은 진공상태 내에 중공사 증류막(41)이 구비된 몸체(42)와, 상기 몸체(42)의 상하부를 각각 덮는 상부캡(43) 및 하부캡(44)을 포함한다.
또한, 상기 막증류 모듈은 가열된 해수가 유입되는 해수 유입구, 중공사 증류막에 의해 증류된 증기가 배출되는 증기 배출구 및 중공사 증류막에 의해 증류된 후 남은 해수가 배출되는 해수 배출구가 구비된다. 상기 해수 유입구, 증기 배출구, 및 해수 배출구의 위치는 특별히 한정되지 않으며, 해수의 유입, 증기의 배출, 해수 배출 등의 용이성 및 막증류 모듈의 진공 상태를 원활히 유지할 수 있는 위치에 구비될 수 있다.
상기 유입된 해수는 일부가 중공사 증류막에 의해 증기로 배출되고, 나머지는 해수 배출구를 통해 배출된다. 다수의 막증류 모듈 사용시 하나의 막증류 모듈에서 배출되는 해수가 다른 하나의 막증류 모듈의 유입수로 사용될 수 있다.
가열 처리된 해수는 몸체(42) 내에 구비된 중공사 증류막(41)을 통과하여 해수 중 농축수는 막 표면에서 분리되고, 증기(vapor)만이 막의 기공을 투과하여 방출된다.
이때 막증류 모듈(40)의 크기는 처리하고자 하는 해수의 유입량에 따라 적절하게 변경 가능하나, 몸체(42)의 내부에 중공사 증류막(41)이 구비되고 나서도 충분한 공간이 남아 있는 것이 바람직하다. 이는 가열 처리된 해수가 중공사 증류막(41)에 통과되기 전에 순환될 수 있는 공간을 확보하기 위함이다.
상기 막증류 모듈(40)의 몸체(42)는 강유전체를 함유한 재료를 포함한 재료로 이루어지는 것이 바람직하며, 보다 바람직하기로는 몸체의 내부면에 강유전체층이 형성된 것이 좋다. 상기 강유전체층은 필름상의 강유전체을 접합하거나, 강유전체를 함유한 조성물을 코팅하여 형성될 수 있다.
상기 강유전체는 통상적으로 사용되는 것을 특별히 한정하지는 않으나, 구체적으로 BaO-PbO-Nd2O3-Bi2O3-TiO2, Al2O3 , MgTiO3-CaTiO3, (Zr, Sn)TiO4, BaTi4O9, Ba2Ti9O20, 및 xCaTiO3-(1-x)(La, Nb, Sm)AlO3(단, 0.54≤x≤0.82)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 마이크로파 영역에서의 유전율 효과를 고려하면 xCaTiO3-(1-x)(La, Nb, Sm)AlO3(단, 0.54≤x≤0.82)이 바람직하다.
또한, 상기 몸체의 내부 측면에는 다수개의 마이크로파 발생기가 장착된다. 상기 마이크로파 발생기는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않는다.
일반적으로 막증류 모듈(40)은 상부에서 유입되는 가열된 해수의 온도가 하부로 갈수록 저하되어 막증류 효율이 낮아지게 된다. 본 발명은 마이크로파 발생기로부터 마이크로파가 조사되고, 상기 조사된 마이크로파가 강유전체를 가열하여 막증류 모듈 내부의 온도 구배를 최소화하게 된다.
상기 마이크로파는 온매의 사용시 물리적 충격을 일으켜 온매의 상변화를 유도하는 역할을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 상기 막증류 모듈(40)은 1개 이상이 구비될 수 있다. 2개 이상이면 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위내에서는 효율을 고려하여 자유롭게 배열할 수 있다.
이러한 막증류 모듈(40)의 중공사 증류막(41)은 복수개의 중공사막이 구비된 중공사 다발(41a) 및 상기 중공사 다발(41a)을 수납하는 모듈 케이스(41b)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 수납되는 중공사 다발 및 막증류 모듈의 개수는 목적으로 하는 담수 생산량 및 장치의 설치 기준 등을 고려하여 적절히 조절하는 것이 바람직하다.
상기한 구성의 막증류 모듈(40)은, 중공사 증류막(41)을 구비하여 종래 평막에 비해 단위부피 당 큰 막 면적을 확보할 수 있다.
또한, 상기 중공사 증류막(41)은 물은 통하지 않고 증기만이 통과하도록 소수성 고분자 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
일례로 상기 중공사 증류막(41)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐덴디플루오리드 및 폴리테트라플루오르에틸렌로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 재질로 형성되는 바람직하며, 보다 바람직하게는 폴리테트라플루오르에틸렌으로 형성되는 것이 좋다. 상기 폴리테트라플루오르에틸렌은 화학적으로 안정적인 고분자로 중공사막에 발생되는 파울링 또는 스케일 제거 시 강력한 약품 세정을 실시할 수 있다.
중공사 증류막(41)의 크기는 압력 손실, 막 강도 및 충진 효율을 고려하여 외경 및 내경의 크기, 중공사 증류막(41)의 기공 크기 등을 선택하는 것이 바람직하다.
상기 중공사 다발(41a)을 수납하는 모듈 케이스(41b)는 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 재질로 형성될 수 있으며, 일례로 내충격성이 우수하고 재이용이 가능한 스테인레스강으로 형성될 수 있다.
이와 같이 구성된 상기 막증류 모듈(40)은 그 내부를 진공 상태로 유지한다. 구체적으로 상기 하부캡(44)에는 막증류 모듈(40)에 존재하는 기체를 외부로 배출하는 펌프(45)가 형성되어 막증류 모듈(40)의 내부를 진공 상태로 유지할 수 있다.
상기와 같이 내부가 진공상태로 유지된 막증류 모듈(40)은 해수의 비점보다 낮은 비점에서 증기 발생이 가능하고, 동시에 증발 속도를 향상시킬 수 있다.
상기 막증류 모듈(40)에서 발생되는 증기는 하부캡(44)의 하부에 일체로 결합된 증기 유로(46)에 의해 후술할 열교환 장치(50)로 이동된다.
열교환 장치(50)는 막증류 모듈(40)에서 발생되는 증기와 해수 저장조(20)로부터 공급되는 해수가 열교환되어 담수를 생산하는 역할을 한다.
상기 열교환 장치(50)는 온도가 다른 2개의 저온 및 고온 유체를 직접 접촉시켜 유체간의 열교환을 수행하는 장치이다. 본 발명에서는 열교환 장치(50)의 열교환 효율을 고려하여 저온 유체는 약 5 내지 25℃의 해수이고, 고온 유체는 약 40 내지 80℃의 증기일 수 있다.
상기 열교환 장치(50)는 당해 분야에서 일반적으로 채용되는 구조를 적용할 수 있는 것으로서, 당 업자라면 용이하게 형성할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 상기 열교환 장치(50)에서의 열교환은 막증류 모듈(40)에서 발생되는 증기가 증기 유로(46)를 통해 유입되는 증기 이동부(51)와, 해수 저장조(20)로부터 공급되는 해수가 유입되는 해수 이동부(52)가 접하는 부분에서 수행될 수 있다. 이때 증기 이동부(51)의 증기와 해수 이동부(52)의 해수는 각각 반대 방향으로 유입/유출되는 것이 바람직하다. 일례로, 증기 이동부(51)의 증기는 하부에서 상부로, 해수 이동부(52)의 해수는 상부에서 하부로 유입/유출되는 될 수 있다.
이와 같이 증기와 해수간의 열교환으로 인해 증기 이동부(51)에서는 증기가 응축되어 담수를 생산하게 되고, 해수 이동부(52)에서는 열교환되어 예열된 해수가 예열 해수 이송부(53)를 통하여 가열 장치(30)로 공급된다.
또한, 본 발명의 열교환 장치는 상기 증기이동부 및 해수이동부와 함께 상기 증기이동부와 해수이동부 사이에 배치되고 일측은 증기이동부와 접하고 타측은 해수이동부와 접하는 열전발전모듈(54)이 구비된다.
상기 열전발전모듈(54)은 박막 열전소자를 포함하며, 상기 박막 열전소자는 막증류 모듈(40)에서 발생되는 증기와 해수 저장조(20)로부터 공급되는 해수의 온도차이를 고려하면 최대냉각온도가 40 내지 80℃인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 박막 열전소자는 Nextreme사의 제품, Kyrotherm사의 제품 또는 Microplet사의 제품을 사용할 수 있다.
상기 열전발전모듈(54)은 박막 열전소자의 양 끝단에 전선(미도시)이 연결된다. 상기 전선이 연결되면 막증류 모듈(40)에서 발생되는 증기와 해수 저장조(20)로부터 공급되는 해수의 온도차이에 의해 전위가 발생하여 전기를 생산하게 된다.
상기 박막 열전소자는 다수개가 포함될 수 있으며, 상기 박막 열전소자의 개수만큼의 전선을 구비하는 것이 바람직하다.
도면에는 도시하지 않았으나, 상기 생산된 담수는 별도의 담수 저장조에 저장되어 생활용수, 공업용수 및 농업용수 등으로 이용 가능하다.
이때, 상기 증기를 응축하기 위한 냉매로서 담수화의 원료인 해수를 이용하므로 냉매의 조달 비용이 필요하지 않다.
본 발명에서 상기 막증류 모듈(40)은 열교환 장치(50)와 직렬로 배열될 수 있으며, 상기 막증류 모듈(40)과 열교환 장치(50)는 하나의 단위 세트로 구비되어, 이들이 두 개 이상의 복수 개로 구비될 수 있다.
또한, 상기 막증류 모듈(40)과 열교환 장치(50) 세트는 처리하고자 하는 해수의 양 및 처리효율을 고려하여 자유롭게 구비될 수 있다.
여기서 본 발명의 담수 제조장치(10)에서 유동되고 있는 모든 유체는, 공급라인(미도시)을 통해 유입 및 배출될 수 있다.
상기한 구성의 본 발명에 따른 담수 제조장치(10)는 중공사 증류막(41)에 의한 막의 투과율을 향상시킴과 동시에, 열교환 장치(50)에 의해 증기와 해수간의 열교환을 수행하여 저에너지로 운전이 가능하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 담수 제조장치
20: 해수 저장조
30: 가열 장치
40: 막증류 모듈 41: 중공사 증류막
41a: 중공사 다발 41b: 모듈 케이스
42: 몸체 43: 상부캡
44: 하부캡 45: 진공 펌프
46: 증기 유로 47: 마이크로파 발생기
48: 강유전체층
50: 열교환 장치 51: 증기 이동부
52: 해수 이동부 53: 예열 해수 이송부
54: 열전발전모듈
60: 상전이 물질 또는 온매 저장조

Claims (14)

  1. 유입되는 해수를 저장하는 해수 저장조;
    상기 해수 저장조로부터 공급되는 해수를 가열하는 가열 장치;
    진공상태 내에 중공사 증류막을 구비하여, 상기 가열 장치를 거쳐 공급되는 해수가 상기 중공사 증류막을 통과하여 증기를 발생하는 막증류 모듈 및;
    상기 막증류 모듈에서 발생되는 증기와 해수 저장조로부터 공급되는 해수가 열교환되어 담수를 생산하는 열교환 장치;를 포함하는 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 열교환 장치는 열교환되어 배출되는 예열된해수를 가열 장치로 투입하는 예열 해수 이송부를 추가로 포함하는 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 열교환 장치는 막증류 모듈에서 발생되는 증기가 유입되는 증기 이동부와, 해수 저장조로부터 공급되는 해수가 유입되는 해수 이동부가 접하는 부분에서 열교환이 수행되는 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 열교환 장치는 상기 증기이동부와 해수이동부 사이에 배치되고 일측은 증기이동부와 접하고 타측은 해수이동부와 접하는 열전발전모듈이 추가로 구비된 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 열전발전모듈은 최대냉각온도가 40 내지 80℃인 박막 열전소자인 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 막증류 모듈은 중공사 증류막이 구비된 몸체, 상기 몸체의 상하부를 각각 덮는 상부캡 및 하부캡을 포함하고,
    상기 하부캡에는 막증류 모듈에 존재하는 기체를 외부로 배출하는 펌프가 구비되어 막증류 모듈의 내부를 진공 상태로 유지하는 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 몸체는 그 내부 측면에 마이크로파 발생기가 장착되고, 강유전체를 함유한 재료를 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 강유전체는 BaO-PbO-Nd2O3-Bi2O3-TiO2, Al2O3 , MgTiO3-CaTiO3, (Zr, Sn)TiO4, BaTi4O9, Ba2Ti9O20 , 및 xCaTiO3-(1-x)(La, Nb, Sm)AlO3(단, 0.54≤x≤0.82)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 막증류 모듈은 가열된 해수와 상전이 물질,또는 가열된 해수와 온매가 유입되는 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 상전이 물질은 CaCl2·6H2O, Na2SO4·10H2O, C28H58(Octacosane), CH3COONa·3H2O(Sodium Acetate Trihydrate), 및 paraffin waxes로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 온매는 아세트산나트륨 과포화용액, 티오황산나트륨 과포화용액 및 칼슘 나이트레이트 테트라하이드레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 중공사 증류막은 복수개의 중공사막이 구비된 중공사 다발과, 상기 중공사 다발을 수납하는 모듈 케이스를 포함하는 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 막증류 모듈은 열교환 장치와 직렬로 배열되는 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 막증류 모듈은 2개 이상 복수개로 구비된 것임을 특징으로 하는 막증류에 의한 담수 제조장치.
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