WO2021033935A1 - 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템 - Google Patents

다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2021033935A1
WO2021033935A1 PCT/KR2020/009872 KR2020009872W WO2021033935A1 WO 2021033935 A1 WO2021033935 A1 WO 2021033935A1 KR 2020009872 W KR2020009872 W KR 2020009872W WO 2021033935 A1 WO2021033935 A1 WO 2021033935A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
valve
adsorption
bed
temperature steam
low
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/009872
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이호생
지호
임승택
문덕수
김영득
우성용
김준식
김경훈
Original Assignee
한국해양과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국해양과학기술원 filed Critical 한국해양과학기술원
Priority to JP2022510204A priority Critical patent/JP7365492B2/ja
Publication of WO2021033935A1 publication Critical patent/WO2021033935A1/ko
Priority to US17/673,649 priority patent/US12049410B2/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/043—Details
    • 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
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/06—Flash evaporation
    • 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
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/048—Purification of waste water by evaporation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/16—Evaporating by spraying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/26—Multiple-effect evaporating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/30—Accessories for evaporators ; Constructional details thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/30—Accessories for evaporators ; Constructional details thereof
    • B01D1/305—Demister (vapour-liquid separation)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0057—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation in combination with other processes
    • B01D5/006—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation in combination with other processes with evaporation or distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/261—Drying gases or vapours by adsorption
    • 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
    • C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
    • 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
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C02F2201/004—Seals, connections
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C02F2201/005—Valves
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/40—Liquid flow rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/10—Energy recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies

Definitions

  • the present invention relates to an adsorption-type seawater desalination system for desalination of seawater, and more specifically, an adsorption type using a multi-effect evaporation device capable of maximizing freshwater production from seawater and additionally producing cold water for local and residential cooling. It relates to a seawater desalination system.
  • the adsorption-type seawater desalination system evaporates and separates water from seawater through an evaporator, then adsorbs water vapor to the surface of silica gel in the adsorption process, desorbs water vapor from the surface of silica gel in the desorption process, and then removes the desorbed water vapor. It is a system that recovers fresh water by supplying it to a condenser and condensing it into a liquid state.
  • the adsorption-type seawater desalination system requires cooling water to cool heat generated during adsorption in adsorbing water vapor to silica gel in the adsorption process, and hot water is required to desorb water vapor from silica gel in the desorption process.
  • the conventional AD (adsorption desalination) system is equipped with a heat exchange tube 4 equipped with a hydrophilic adsorbent 3 in the adsorption and desorption bed, and the evaporator and condenser are the adsorption and desorption bed and steam line. It is connected through (5,6).
  • the seawater degassed from the degassing tank 15 is supplied through a pipe 14 to a falling-film evaporator 11 equipped with a nozzle-type seawater distributor, and the seawater passes through the pipe 12. Cycle through.
  • the evaporator 11 is connected to the adsorption bed 2 used in the adsorption process through the operation of a valve installed in the steam line 5, and the adsorbent in the adsorption bed 2 adsorbs water vapor evaporated from seawater in the evaporator. .
  • the driving force of the adsorbent for water vapor adsorption is due to physisorption based on van der Waals force and weak electrostatic force.
  • cold water 13 is produced from the evaporator due to the latent heat of evaporation of seawater, which can be used for residential or local cooling.
  • heat generated when the adsorbent absorbs water vapor is removed by the cooling water 9 supplied to the heat exchange tube in the adsorption bed.
  • the desorption bed (1) used in the desorption process is connected to the condenser (7) through a valve installed in the steam line (6), and hot water (8) is supplied to the heat exchange tube in the desorption bed.
  • the water vapor adsorbed on the adsorbent is desorbed.
  • the desorbed water vapor moves to a condenser to which cooling water is supplied and is condensed, and the produced fresh water is stored in the storage tank 10.
  • the adsorption and desorption beds (2,1) mentioned above are alternately desorption and adsorption processes after a predetermined period of time (half cycle) and a switching time for preheating and precooling, respectively. It is switched on the way, thereby completing one cycle of the conventional AD system.
  • the above conventional AD system has a disadvantage of low freshwater production and efficiency because it is composed of one evaporator and a pair of adsorption and desorption beds and is based on the mass of the adsorbent used and the physical properties of the adsorbent.
  • the present invention provides a multi-effect evaporator for producing and providing high-temperature steam and low-temperature steam through a first evaporator and a second evaporator including a plurality of continuous evaporators, It is a configuration that includes an AD system with three adsorption and desorption beds, and it can complement the coefficient of performance (COP) and maximize freshwater production, and additionally through each of the first and second evaporators. It is an object of the present invention to provide an adsorption-type seawater desalination system using a multi-effect evaporation system that can utilize cold water produced as a water for district cooling and residential cooling.
  • COP coefficient of performance
  • the adsorption-type seawater desalination system using a multi-effect evaporation apparatus includes a multi-effect evaporation apparatus 100 for producing high-temperature steam and low-temperature steam, and a high-temperature steam or low-temperature steam produced by the multi-effect evaporation apparatus 100.
  • a valve control unit for controlling the operation of the valve is included.
  • the reaction unit 200 is composed of bed A (200a), bed B (200b) and bed C (200c) each including the adsorbent 220 and heat exchange tube 210, the bed A, bed B and Bed C is selectively supplied with high-temperature steam or low-temperature steam generated in the multi-effect evaporation device 100 through the control of the valve control unit, respectively, and a low-temperature adsorption process by selectively supplying cooling water or hot water through the cold/hot water line,
  • the high temperature adsorption process, the preheating process, the desorption process, and the precooling process may be sequentially performed.
  • any one of the beds A, B, and C When any one of the beds A, B, and C performs a low temperature adsorption process, the other may perform a high temperature adsorption process, and the other may perform a desorption process.
  • the multi-effect evaporator 100 includes a first evaporator 110 including a plurality of continuous evaporators and a high-pressure evaporator 130a for discharging high-temperature steam, and a low-pressure evaporator for discharging a plurality of continuous evaporators and final low-temperature steam. It may include a second evaporation unit 120 including (130b).
  • the first evaporation unit 110 and the second evaporation unit 120 are connected to each other, and from the evaporator A1 of the first evaporation unit 110 to the low pressure evaporator 130b of the second evaporation unit 120
  • the condensed water generated in can move sequentially to produce fresh water.
  • the evaporator 130 is provided on a heat dissipation tube body 132 accommodating a gas, a spray nozzle 133 for spraying seawater on the surface of the heat dissipation tube 132 and an upper portion of the spray nozzle 133, and evaporation of seawater It may include a demister 134 separating the droplets from the water vapor according to the spray nozzle 133, a heat dissipation tube body 132, and a housing 131 accommodating the demister 134.
  • COP coefficient of performance
  • freshwater production and district cooling and residence additionally produced cooling water through a multi-effect evaporator. It can be used as water for residual cooling, and condensed water generated by latent heat exchange between seawater and steam through a multi-effect method can be additionally used as fresh water.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a conventional adsorption type seawater desalination system.
  • Figure 2 is a table of operation logic applied to the existing adsorption type seawater desalination system.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an adsorption-type seawater desalination system using a multi-effect evaporation device according to the present invention.
  • Figure 4 is a table showing a detailed process of the adsorption-type seawater desalination system using the multi-effect evaporation device according to the present invention.
  • 5 to 10 are operational state diagrams for each detailed process of the adsorption type seawater desalination system using the multi-effect evaporation device according to the present invention.
  • FIG. 11 is a table showing the operation sequence of bed A, bed B, and bed C through the operation logic applied to the adsorption-type seawater desalination system using the multi-effect evaporation device according to the present invention.
  • FIG. 12 is a graph showing the performance of the adsorption-type seawater desalination system using the multi-effect evaporation device according to the present invention.
  • the existing adsorption desalination system (adsorption desalination; hereinafter,'AD system') alternately performs adsorption and desorption of the evaporator that generates water vapor by evaporating seawater, and the water vapor delivered from the evaporator to the adsorbent. It has two reaction units, a cold/hot water line for selectively supplying cooling water and hot water for adsorption or desorption to the reaction unit, and a condenser to provide fresh water by condensing water vapor discharged from the reaction unit.
  • the adsorption type seawater desalination system using a multi-effect evaporation device is a multiplex system capable of simultaneously providing high-temperature steam and low-temperature steam instead of an evaporator in the existing AD system, as shown in FIGS. 3 to 11. It is characterized in that the utility evaporation device 100 is applied and three or more reaction units 200 are applied.
  • High-temperature steam and low-temperature steam can be selectively supplied through the multi-effect evaporation device 100, and local and residential cooling can be performed by a multiple effect method (Multiple Effect Distillation).
  • the desalination performance can be improved by implementing the effective equilibrium adsorption amount of the adsorbent and the optimum cycle for the desorption process through the 2-evaporator and 3-bed AD process of the multi-effect evaporator.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an adsorption-type seawater desalination system using a multiple-effect evaporation device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram illustrating each step of an adsorption-type seawater desalination process using a multiple-effect evaporation device according to an embodiment of the present invention. Is shown.
  • the multi-effect evaporation apparatus 100 may include a first evaporation unit 110 and a second evaporation unit 120 each having a plurality of evaporators 130. Each of the first evaporation unit 110 and the second evaporation unit 120 may evaporate supplied seawater to generate high-temperature steam and low-temperature steam.
  • the multiple-effect evaporation apparatus 100 includes a first evaporation unit 110 and a second evaporation unit 120 each having a plurality of evaporation units as described above.
  • the water vapor generated by the first evaporation unit 110 may be higher temperature and high pressure water vapor than the water vapor generated by the second evaporation unit 120.
  • the first evaporator 110 may include a continuous evaporator A1 to an evaporator AN, and may discharge high temperature and high pressure water vapor.
  • the second evaporator 120 may include continuous evaporators B1 to BN, and may discharge water vapor having a relatively low temperature and low pressure compared to the evaporators A1 to AN of the first evaporator 110.
  • the first evaporation unit 110 and the second evaporation unit 120 may be connected to each other.
  • the first evaporation unit 110 is provided with steam for the first time to the evaporator A1 through a combined heat and power compressor (TVC; Thermo-Vapor Compressor), and generated by latent heat exchange with seawater supplied and injected to each evaporator 130.
  • TVC combined heat and power compressor
  • the final high-temperature steam is produced by a multiple-effect method that is sequentially provided to the evaporator AN, and supplied to the above-described reaction part 200 through the high-temperature steam line 111.
  • the hot water vapor can be sent back to the TVC.
  • the second evaporator 120 is provided with steam for the first time to the evaporator B1 through TVC, and uses the seawater supplied and injected to each evaporator 130 and the water vapor generated by latent heat exchange as a heat source for the next evaporator 130.
  • the final low-temperature steam is produced by a multiple-effect method sequentially provided to the evaporator BN, and is supplied to the reaction unit 200 through the low-temperature steam line 121, and the excess high-temperature steam can be sent back to the TVC.
  • Each of the evaporators 130 is provided on a heat dissipation tube body 132 for receiving water vapor, a spray nozzle 133 for spraying seawater on the surface of the heat dissipation tube 132, and on the top of the spray nozzle 133 Including a demister 134 that separates droplets from water vapor generated by latent heat evaporation caused by contact with seawater on the surface of 132, the spray nozzle 133, a heat dissipation tube body 132 and a demister 134
  • it may include a housing 131 for accommodating seawater sprayed to the spray nozzle 133.
  • Fresh water may be produced by sequentially collecting the condensed water generated inside the radiating tube 132 from the evaporator A1 to the evaporator Bn through latent heat exchange according to the contact of seawater on the surface of the radiating tube 132.
  • reaction unit 200 and the condenser 300 of the present invention will be described in more detail.
  • the reaction unit 200 includes an adsorbent (220 in FIGS. 5 to 10) for adsorption or desorption by receiving high-temperature steam or low-temperature steam produced in the multi-effect evaporation device 100, and the reaction A heat exchange tube through which cold or hot water moves so that heat generated when the adsorbent 220 absorbs moisture from the unit 200 and supplies heat to the reaction unit 200 during desorption (210 of FIGS. 5 to 10) ), including bed A (200a), bed B (200b), bed C (200c) may be configured respectively.
  • the number of beds is illustrative and is not necessarily limited to three, and four or more beds may be applied according to embodiments.
  • the reaction unit 200 may be divided into bed A (200a), bed B (200b) and bed C (200c), and each bed 200a, 200b, and
  • the high-temperature steam and low-temperature steam generated by the multi-effect evaporation device 100 and cooling water and hot water provided through the cold/hot water line 400 can be selectively supplied to 200c), and low temperature adsorption, high temperature adsorption, preheating, desorption, precooling
  • Each process can be carried out organically.
  • the valve control unit (not shown) includes valves provided in the steam line connecting the multi-effect evaporation device 100 and the reaction unit 200, the reaction unit 200 and the condenser 300, respectively, and the cold/hot water line 400 ), the operation (opening and closing) of a valve for selectively supplying cooling water and hot water provided to the heat exchange tube 210 of the reaction unit 200 may be controlled.
  • the condenser 300 receives and condenses the water vapor desorbed from the adsorbent 220 of the reaction unit 200, and the condensed water is recovered as fresh water and stored in a freshwater storage tank 310 or used as industrial water or household water. have.
  • a discharge line 230 may be connected to supply water vapor discharged from the reaction unit 200 to the condenser 300.
  • the cold and hot water line 400 may selectively supply cooling water and hot water to the heat exchange tube 210 of the reaction unit 200.
  • the high-temperature steam line 111 of the first evaporation unit 110 and the low-temperature steam line 121 of the second evaporation unit 120 are connected to each of the reaction units 200 through the final inlet pipe 140. I can.
  • the adsorption-type seawater desalination system using a multi-effect evaporation device can desalize seawater through a detailed process of six steps. Hereinafter, each detailed process will be described in more detail together with the drawings.
  • the adsorption-type seawater desalination using a multi-effect evaporation device consists of detailed processes of cycle #1, replacement #1, cycle #2, replacement #2, cycle #3, and replacement #3.
  • the adsorption-type seawater desalination system using the multi-effect evaporation device according to an embodiment of the present invention can desalize seawater by repeatedly performing the above-described six detailed processes.
  • valve 4 is a summary of a process performed by each of bed A, bed B, and bed C in each detailed process and the opening and closing state of the valve.
  • the valve is controlled by the valve control unit so that beds A to C in each detailed process can be opened and closed to perform any one of a high pressure adsorption process, a low pressure adsorption process, a desorption process, a preheating process, and a precooling process.
  • Bed A can perform a low-temperature adsorption process
  • Bed B can perform a high-temperature adsorption process
  • Bed C can perform a desorption process.
  • Process Bed C performs a precooling process, in the case of Cycle #2, Bed A performs a high temperature adsorption process, Bed B performs a desorption process, Bed C performs a low temperature adsorption process, and in case of Replacement #2, Bed A performs a preheating process, Bed B performs a pre-cooling process, Bed C performs a low temperature adsorption process, in the case of Cycle #3
  • Bed A performs a desorption process
  • Bed B performs a low temperature adsorption process
  • Bed C performs a high temperature adsorption process.
  • Bed A may perform a precooling process
  • Bed B may perform a low temperature adsorption process
  • Bed C may perform a preheating process.
  • detailed processes of Cycle #1-Replacement #1-Cycle #2-Replacement #2-Cycle #3-Replacement #3 may be sequentially repeated.
  • valve (GV-01) of the high-temperature steam line 111 connected to the first evaporation unit 110 by a valve control unit is closed, and the second evaporation unit
  • the valve (GV-02) of the low-temperature steam line 121 connected to 120 is opened, and the valve (GV-07) of the discharge line 230 connected to the condenser 300 is closed to accommodate low-temperature steam
  • Valves (AV-02) and valves (AV-04) of the hot and cold water line 400 are opened by the valve control unit, and valves (AV-01) and valves (AV-03) are closed to transfer cooling water to the heat exchange tube 210 ), and the moisture contained in the low-temperature steam is adsorbed to the adsorbent 220, and a low-temperature adsorption process is performed.
  • the valve (GV-03) of the high-temperature steam line 111 connected to the first evaporation unit 110 by a valve control unit is opened, and the low-temperature steam connected to the second evaporation unit 120
  • the valve (GV-04) of the line 121 is closed, the valve (GV-08) of the discharge line 230 connected to the condenser 300 is closed to receive the hot water vapor, and the cold/hot water line (
  • the valve (AV-06) and valve (AV-08) of the 400) are opened, and the valve (AV-05) and the valve (AV-07) are closed to provide cooling water to the heat exchange tube 210 to provide high temperature steam.
  • a high-temperature adsorption process in which the contained moisture is adsorbed on the adsorbent 220 is performed.
  • cooling water is supplied to the beds A 200a and B 200b to reduce or remove heat due to the adsorption of moisture to the adsorbent 220 through the cooling water.
  • the valve (GV-06) is closed, the valve (GV-09) of the discharge line 230 connected to the condenser 300 is opened, the valve (AV-09) and the valve ( AV-11) is open and valve AV-10 and valve AV-12 are closed.
  • Hot water is supplied to the heat exchange tube 210 by the opening and closing operation of the valves described above to desorb moisture from the adsorbent 220 and supply water vapor to the condenser 300 through the discharge line 230 connected to the condenser 300 The desorption process is carried out.
  • valve (GV-01) of the high-temperature steam line 111 connected to the first evaporation unit 110 by a valve control unit is closed, and the second evaporation unit
  • the valve (GV-02) of the low-temperature steam line 121 connected to 120 is opened, and the valve (GV-07) of the discharge line 230 connected to the condenser 300 is closed to accommodate low-temperature steam
  • Valves (AV-02) and valves (AV-04) of the hot and cold water line 400 are opened by the valve control unit, and valves (AV-01) and valves (AV-03) are closed to transfer cooling water to the heat exchange tube 210 )
  • To adsorb moisture contained in the low-temperature steam to the adsorbent 220 is performed.
  • the valve (GV-01) of the high-temperature steam line 111 connected to the first evaporation unit 110 by a valve control unit is opened, and the second evaporation unit
  • the valve (GV-02) of the low-temperature steam line 121 connected to 120 is closed, and the valve (GV-07) of the discharge line 230 connected to the condenser 300 is closed to receive the high-temperature steam
  • the valve (AV-02) and the valve (AV-04) of the hot and cold water line 400 are opened by the valve control unit, and the valve (AV-01) and the valve (AV-03) are closed to transfer coolant to the heat exchange tube (210).
  • the valve (GV-04) is closed
  • the valve (GV-08) of the discharge line 230 connected to the condenser (300) is opened
  • the valve (AV-05) and the valve ( AV-07 is opened
  • the valve AV-06 and the valve AV-08 are closed to provide hot water to the heat exchange tube 210 to desorb moisture adsorbed on the adsorbent 220 to the condenser 300
  • a desorption process of supplying water vapor to the condenser 300 through the discharge line 230 connected to is performed.
  • the valve (GV-05) of the high-temperature steam line 111 connected to the first evaporation unit 110 by a valve control unit is closed, and the low-temperature steam connected to the second evaporation unit 120
  • the valve (GV-06) of the line 121 is opened, and the valve (GV-09) of the discharge line 230 connected to the condenser 300 is closed to receive the low temperature steam, and the cold/hot water line (
  • the valve (AV-10) and the valve (AV-12) of 400) are opened, and the valve (AV-09) and the valve (AV-11) are closed to provide cooling water to the heat exchange tube 210 to provide low-temperature steam.
  • a low-temperature adsorption process in which moisture contained is adsorbed to the adsorbent 220 is performed.
  • the valve (GV-02) of the low-temperature steam line 121 and the valve (GV-07) of the discharge line 230 connected to each other are closed, and the valve (AV-01) and the valve (AV) of the cold/hot water line 400 are closed.
  • -03) is opened, and the valve AV-02 and the valve AV-04 are closed to provide hot water to the heat exchange tube 210 to perform a preheating process.
  • the valve (GV-05) of the high-temperature steam line 111 connected to the first evaporation unit 110 by a valve control unit is closed, and the low-temperature steam connected to the second evaporation unit 120
  • the valve (GV-06) of the line 121 is opened, and the valve (GV-09) of the discharge line 230 connected to the condenser 300 is closed to receive the low temperature steam, and the cold/hot water line (
  • the valve (AV-10) and the valve (AV-12) of 400) are opened, and the valve (AV-09) and the valve (AV-11) are closed to provide cooling water to the heat exchange tube 210 to provide low-temperature steam.
  • a low-temperature adsorption process in which moisture contained is adsorbed to the adsorbent 220 is performed.
  • valve (GV-01) of the high-temperature steam line 111 connected to the first evaporation unit 110 by a valve control unit and the second evaporation unit 120 The valve (GV-02) of the low-temperature steam line 121 connected to) is closed, the valve (GV-07) of the discharge line 230 connected to the condenser 300 is opened, and the valve of the cold/hot water line 400 (AV-01) and valve (AV-03) are open and valve (AV-02) and valve (AV-04) are closed to provide hot water to the heat exchange tube 210 to desorb moisture from the adsorbent 220
  • a desorption process of supplying water vapor to the condenser 300 through the discharge line 230 connected to the condenser 300 is performed.
  • the valve (GV-03) of the high-temperature steam line 111 connected to the first evaporation unit 110 by a valve control unit is closed, and the low-temperature steam connected to the second evaporation unit 120
  • the valve (GV-04) of the line 121 is opened, and the valve (GV-08) of the discharge line 230 connected to the condenser 300 is closed to receive the low-temperature steam, and the cold/hot water line (
  • the valve (AV-06) and the valve (AV-08) of 400) are opened, and the valve (AV-05) and the valve (AV-07) are closed to provide cooling water to the heat exchange tube 210 to provide low temperature steam.
  • a low-temperature adsorption process in which the contained moisture is adsorbed on the adsorbent 220 is performed.
  • the valve (GV-05) of the high-temperature steam line 111 connected to the first evaporation unit 110 by a valve control unit is opened, and the low-temperature steam connected to the second evaporation unit 120
  • the valve (GV-06) of the line 121 is closed, and the valve (GV-09) of the discharge line 230 connected to the condenser 300 is closed to receive hot water vapor, and a cold or hot water line (
  • the valve (AV-10) and the valve (AV-12) of 400) are opened, and the valve (AV-09) and the valve (AV-11) are closed to provide cooling water to the heat exchange tube 210 to provide high temperature steam.
  • a high-temperature adsorption process is performed in which the contained moisture is adsorbed to the adsorbent 220.
  • the valve (GV-02) of the steam line (121) and the valve (GV-07) of the discharge line (230) are all closed, and the valve (AV-02) and valve (AV-04) of the hot and cold water line 400 Is opened, and the valve AV-01 and the valve AV-03 are closed to provide cooling water to the heat exchange tube 210 to perform a precooling process.
  • the valve (GV-03) of the high-temperature steam line 111 connected to the first evaporation unit 110 by a valve control unit is closed, and the low-temperature steam connected to the second evaporation unit 120
  • the valve (GV-04) of the line 121 is opened, and the valve (GV-08) of the discharge line 230 connected to the condenser 300 is closed to receive the low-temperature steam, and the cold/hot water line (
  • the valve (AV-06) and the valve (AV-08) of 400) are opened, and the valve (AV-05) and the valve (AV-07) are closed to provide cooling water to the heat exchange tube 210 to provide low temperature steam.
  • a low-temperature adsorption process in which moisture contained is adsorbed to the adsorbent 220 is performed.
  • the valve (GV-05) of the high-temperature steam line 111 connected to the first evaporation unit 110, the valve of the low-temperature steam line 121 connected to the second evaporation unit 120 Both the GV-06 and the valve GV-09 of the discharge line 230 are closed, the valve AV-09 and the valve AV-11 of the cold/hot water line 400 are opened, and the valve AV- 10) and the valve AV-12 are closed to perform a preheating process of preheating as hot water is provided to the heat exchange tube 210.
  • cycle #1, replacement #1, cycle #2, replacement #2, cycle #3, and replacement #3 may be sequentially and repeatedly performed.
  • water in the condenser 300 can be prevented from moving to the reaction unit 200 through preheating and precooling processes, the pressure can be adjusted, and energy can be saved.
  • the uptake capacity of the adsorbent for a specific adsorbent can be obtained from adsorption isotherm data indicating the amount of adsorption in equilibrium for an infinitely long time.
  • the COP used as the figure of merit of the AD system is defined as the ratio of the latent heat of evaporation to the heat of desorption of the adsorbate.
  • a method of improving the ratio of the volume or the installation area to the capacity of the conventional AD system is to apply a cycle having an improved net uptake capacity.
  • the higher adsorption amount of the adsorbent results in a high adsorption rate and a low heat of adsorption close to the latent heat of the adsorbate at relative pressure.
  • Most of the conventional AD systems operate under an operating condition with an adsorption rate of about 02, and accordingly, the COP of the conventional AD system can be improved by about 015 or more than before by increasing the effective equilibrium adsorption amount.
  • FIG. 12 is a graph showing the performance of the adsorption-type seawater desalination system using the multi-effect evaporation device according to the present invention.
  • the present invention configured as described above, it is possible to supplement the coefficient of performance (COP) and maximize the freshwater production, and the cold water busted through each of the first evaporation unit and the second evaporation unit is localized. It can be used as water for district cooling and residential cooling, and it has the effect of using condensed water generated by latent heat exchange between seawater and steam through a multi-utility method as fresh water.
  • COP coefficient of performance
  • Valves (AV-01, AV-02, AV-03, AV-04, AV-05, AV-06, AV-07, AV-08, AV-09, AV-10, AV-11, AV-12)
  • the present invention relates to an adsorption desalination (AD) system for desalination of seawater, a multi-effect evaporation apparatus 100 for producing high-temperature steam and low-temperature steam, and a high-temperature steam produced in the multi-effect evaporation apparatus 100
  • a plurality of reaction units 200 including an adsorbent 220 for adsorbing or desorbing moisture by receiving low temperature steam and a heat exchange tube 210 capable of transferring heat to the adsorbent 220 through cooling water or hot water, and the Cooling water or hot water is selectively selected in the condenser 300 and the heat exchange tube 210 of the reaction unit 200 to condense the water vapor containing moisture desorbed from the adsorbent 220 of the reaction unit 200 to recover as fresh water.
  • AD adsorption desalination

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)

Abstract

본 발명은 해수를 담수화시키는 흡착식 해수담수화(adsorption desalination, AD)시스템에 관한 것으로, 고온수증기 및 저온수증기를 생산하는 다중효용증발장치(100)와 상기 다중효용증발장치(100)에서 생산된 고온수증기 또는 저온수증기를 받아 수분을 흡착 또는 탈착하는 흡착제(220) 및 냉각수나 온수를 통해 상기 흡착제(220)로 열을 전달 가능한 열교환튜브(210)를 포함하는 포함하는 복수의 반응부(200)와 상기 반응부(200)의 흡착제(220)에서 탈착된 수분이 함유된 수증기를 담수로 회수할 수 있도록 응축시키는 응축기(300)와 상기 반응부(200)의 열교환튜브(210)에 냉각수 또는 온수를 선택적으로 공급하는 냉온수라인(400)과 상기 다중효용증발장치(100)와 상기 반응부(220) 및 상기 반응부(220)와 상기 응축기(300)를 각각 연결하는 수증기라인, 상기 수증기라인에 구비된 밸브, 상기 냉온수라인(400)에서 상기 열교환튜브(210)로 제공되는 냉각수 또는 온수를 선택적으로 공급을 위하여 상기 밸브의 작동을 제어하는 밸브제어부를 포함하는 구성을 통해 해수로부터 담수(freshwater) 생산량을 극대화할 수 있고, 지역(district) 및 거주(residential) 냉방을 위한 냉수(chilled water)를 부산할 수 있는 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템에 관한 것이다.

Description

다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템
본 발명은 해수를 담수화시키는 흡착식 해수담수화시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 해수로부터 담수 생산량을 극대화할 수 있고, 지역 및 거주 냉방을 위한 냉수를 부가적으로 생산할 수 있는 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 흡착식 해수담수화 시스템은 증발기를 통해 해수에서 수분을 증발시켜 분리한 후, 흡착 공정에서 수증기를 실리카겔의 표면에 흡착시키고, 탈착 공정에서 실리카겔의 표면에서 수증기를 탈착시킨 후, 탈착된 수증기를 응축기로 공급하여 액체상태로 응축시킴으로써 담수를 회수하는 시스템이다.
여기서, 흡착식 해수담수화 시스템은 흡착 공정에서 수증기를 실리카겔에 흡착시키는데 있어서 흡착 시 발생되는 열을 냉각시키기 위하여 냉각수가 요구되고, 탈착 공정에서 실리카겔로부터 수증기를 탈착시키기 위해서는 온수가 요구된다.
이를 위해서, 기존의 흡착식 해수담수화 시스템에서는 화석에너지를 이용하여 온수를 공급하였으나 운전비용이 크게 증가하고, 시스템 효율이 저하되는 문제점이 있으며, 별도의 냉각수가 필요한 문제점이 있다.
도 1에 도시와 같이, 종래 AD(adsorption desalination)시스템은 흡착 및 탈착 베드 내에 친수성의 흡착제(3)가 구비된 열교환튜브(4)가 탑재되어 있고, 증발기와 응축기는 흡착 및 탈착 베드와 수증기라인(5,6)을 통해 연결되어 있다.
탈기탱크(15)에서 탈기된 해수는 배관(14)을 통해 노즐형의 해수 분배기(brine distributor)가 설치된 강하막식 증발기(falling-film evaporator)(11)로 공급되고, 해수는 배관(12)을 통해 순환된다.
그리고 증발기(11)는 수증기라인(5)에 설치된 밸브의 작동을 통해 흡착 공정에 이용되는 흡착 베드(2)와 연결되고, 흡착 베드(2) 내 흡착제는 증발기 내 해수로부터 증발된 수증기를 흡착한다.
이때 흡착제의 수증기 흡착 구동력(driving force)은 반데르발스 힘(van der Waals force)과 약한 정전기력(electrostatic force)에 기반한 물리적 흡착(physisorption)에 기인한다.
여기서, 해수의 증발 잠열로 인해 증발기로부터 냉수(13)가 생산되고, 이는 거주 또는 지역 냉방을 위해 사용될 수 있다. 또한, 흡착제의 수증기 흡착 시 발생된 열은 흡착 베드 내 열교환튜브로 공급된 냉각수(9)에 의해 제거된다.
앞서 언급한 흡착 공정과 동시에, 탈착 공정에 이용되는 탈착 베드(1)는 수증기라인(6)에 설치된 밸브 작동을 통해 응축기(7)와 연결되며, 탈착 베드 내 열교환튜브에 온수(8)를 공급하여 흡착제에 흡착되어 있는 수증기는 탈착된다.
이때, 탈착된 수증기는 냉각수가 공급되는 응축기로 이동하여 응축되고, 생산된 담수는 저장탱크(10)에 저장된다. 앞서 언급한 흡착 및 탈착 베드(2,1)는 미리 지정한 일정시간 후(half cycle), 각각 예열(preheating) 및 예냉(precooling)을 위한 교체시간(switching time)을 거쳐 탈착 공정과 흡착 공정이 번갈아 가면서 전환되고, 이로서 종래 AD시스템의 한 사이클이 완료된다.
앞서 언급한 기존 AD 사이클의 기본 작동 로직은 도 2에 도시된 바, 사이클#1 - 교체#1 - 사이클#2 - 교체#2 순서로 반복 운전된다.
그러나 위 종래 AD시스템에서는 하나의 증발기와 한 쌍의 흡착 및 탈착 베드로 구성되어 사용된 흡착제의 질량과 흡착제의 물리적 특성에 기반을 두기 때문에 담수생산량과 효율이 낮다는 단점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 복수의 연속된 증발기를 포함하는 제1 증발부 및 제2 증발부를 통해 고온수증기 및 저온수증기를 생산 및 제공하는 다중효용증발장치(multi-effect evaporator)와, 3개 흡착 및 탈착 베드를 갖는 AD시스템을 포함하는 구성으로, 성능계수(coefficient of performance, COP)를 보완하고 담수생산량을 극대화할 수 있으며, 각각의 제1 증발부 및 제2 증발부를 통해 부가적으로 생산된 냉수를 지역냉방(district cooling) 및 거주냉방(residential cooling)을 위한 용수로 활용할 수 있는 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템은 고온수증기 및 저온수증기를 생산하는 다중효용증발장치(100)와 상기 다중효용증발장치(100)에서 생산된 고온수증기 또는 저온수증기를 받아 수분을 흡착 또는 탈착하는 흡착제(220) 및 냉각수나 온수를 통해 상기 흡착제(220)로 열을 전달 가능한 열교환튜브(210)를 포함하는 포함하는 복수의 반응부(200)와 상기 반응부(200)의 흡착제(220)에서 탈착된 수분이 함유된 수증기를 담수로 회수할 수 있도록 응축시키는 응축기(300)와 상기 반응부(200)의 열교환튜브(210)에 냉각수 또는 온수를 선택적으로 공급하는 냉온수라인(400)과 상기 다중효용증발장치(100)와 상기 반응부(220) 및 상기 반응부(220)와 상기 응축기(300)를 각각 연결하는 수증기라인, 상기 수증기라인에 구비된 밸브, 상기 냉온수라인(400)에서 상기 열교환튜브(210)로 제공되는 냉각수 또는 온수를 선택적으로 공급을 위하여 상기 밸브의 작동을 제어하는 밸브제어부를 포함한다.
상기 반응부(200)는 상기 흡착제(220) 및 열교환튜브(210)를 각각 포함하는 베드A(200a), 베드B(200b) 및 베드C(200c)로 구성되며, 상기 베드A, 베드B 및 베드C는 각각 상기 밸브제어부의 제어를 통해 상기 다중효용증발장치(100)에서 생성된 고온수증기 또는 저온수증기를 선택적으로 공급받고, 상기 냉온수라인을 통해서 냉각수 또는 온수를 선택적으로 공급받아 저온흡착공정, 고온흡착공정, 예열공정, 탈착공정, 예냉공정을 순차적으로 수행할 수 있다.
상기 베드A, 베드B 및 베드C 중 어느 하나는 저온흡착공정을 수행할 때, 다른 하나는 고온흡착공정을 수행하고, 나머지 하나는 탈착공정을 수행할 수 있다.
상기 다중효용증발장치(100)는 복수의 연속된 증발기 및 고온수증기를 배출하는 고압증발기(130a)를 포함하는 제1 증발부(110) 및 복수의 연속된 증발기 및 최종 저온수증기를 배출하는 저압증발기(130b)를 포함하는 제2 증발부(120)를 포함할 수 있다.
상기 제1 증발부(110)와 상기 제2 증발부(120)는 서로 연결되며, 상기 제1 증발부(110)의 증발기A1부터 상기 제2 증발부(120)의 저압증발기(130b)까지 내부에서 생성된 응축수가 순차적으로 이동하여 담수를 생산할 수 있다.
상기 증발기(130)는 기체를 수용하는 방열관체(132)와 상기 방열관체(132)의 표면에 해수를 분사하는 분사노즐(133)과 상기 분사노즐(133)의 상부에 구비되며, 해수의 증발에 따른 수증기에서 액적을 분리하는 데미스터(134)와 상기 분사노즐(133), 방열관체(132) 및 데미스터(134)를 수용하는 하우징(131)을 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 성능계수(coefficient of performance, COP) 및 담수생산량을 극대화할 수 있고, 다중효용증발장치를 통해 부가적으로 생산된 냉방수를 지역냉방(district cooling) 및 거주냉방(residential cooling)을 위한 용수로 활용할 수 있으며, 다중효용법을 통한 해수와 수증기의 잠열교환으로 생성되는 응축수를 추가적으로 담수로 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 기존 흡착식 해수담수화 시스템을 나타내는 구성도.
도 2는 기존 흡착식 해수담수화 시스템에 적용되는 작동 로직 표.
도 3은 본 발명에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템을 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템의 세부공정을 나타낸 표.
도 5 내지 도 10은 본 발명에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템의 세부 공정별 작동상태도.
도 11은 본 발명에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템에 적용되는 작동 로직을 통해 베드A, 베드B, 베드C의 작동 순서를 나타낸 표.
도 12는 본 발명에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템의 성능을 나타낸 그래프.
이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
앞서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 기존 흡착식 해수담수화 시스템(adsorption desalination; 이하, 'AD시스템')은 해수를 증발시켜 수증기를 생성하는 증발기, 증발기에서 전달받은 수증기를 흡착제에 흡착 및 탈착을 번갈아 수행하는 두 개의 반응부, 반응부에 흡착 또는 탈착을 위해 냉각수 및 온수를 선택적으로 공급하는 냉온수라인, 반응부에서 탈착되어 배출되는 수증기를 응축시켜 담수를 제공하는 응축기를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템은 도 3 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 기존에 AD시스템에서 증발기를 대신하여 고온수증기 및 저온수증기를 동시에 제공할 수 있는 다중효용증발장치(100)를 적용하고, 3개 이상의 반응부(200)를 적용함을 일 특징으로 한다.
상기 다중효용증발장치(100)를 통해 고온수증기 및 저온수증기를 선택적으로 공급할 수 있고, 다중효용법(多重效用法, Multiple Effect Distillation)으로 각기 지역냉방 및 거주냉방을 수행할 수 있다.
또한, 다중효용증발장치의 2-증발기 및 3-베드 AD 공정을 통해 흡착제의 유효 평형흡착량과 탈착 공정에 대한 최적의 사이클을 구현하여 담수화 성능이 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명에 실시예에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 공정의 각 단계를 나타낸 것이다.
상기 다중효용증발장치(100)는 각각 다수의 증발기(130)를 갖는 제1증발부(110) 및 제2 증발부(120)를 포함할 수 있다. 상기 제1 증발부(110)와 제2증발부(120)는 각각 공급되는 해수를 증발시켜 고온수증기 및 저온수증기를 생성할 수 있다.
이하, 본 발명의 다중효용증발장치(100)를 보다 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 상기 다중효용증발장치(100)는 상술한 바와 같이 각각 다수의 증발부를 갖는 제1 증발부(110) 및 제2 증발부(120)를 포함한다.
제1증발부(110)에 의해 생성되는 수증기는 제2 증발부(120)에 의해 생성되는 수증기에 비하여 고온, 고압의 수증기일 수 있다.
도 3에 예시된 바와 같이 제1 증발부(110)는 연속된 증발기A1 내지 증발기AN을 포함할 수 있고, 고온, 고압의 수증기를 배출할 수 있다. 제2 증발부(120)는 연속된 증발기B1 내지 증발기BN을 포함하고 제1 증발부(110)의 증발기A1 내지 증발기AN에 비하여 상대적으로 저온 저압의 수증기를 배출할 수 있다.
상기 제1 증발부(110)와 제2 증발부(120)는 서로 연결될 수 있다.
이때, 상기 제1 증발부(110)는 열병합압축기(TVC; Thermo-Vapor Compressor)를 통해 상기 증발기A1에 최초로 스팀이 제공되고, 각 증발기(130)로 공급 및 분사되는 해수와 잠열교환으로 발생된 수증기를 다음 증발기(130)의 열원으로 하여 증발기AN까지 순차적으로 제공되는 다중효용법에 의해 최종 고온수증기를 생산하여 고온수증기라인(111)을 통해 상술한 반응부(200)에 공급하고, 여분의 고온수증기는 다시 TVC로 보내질 수 있다.
상기 제2 증발부(120)는 TVC를 통해 상기 증발기B1에 최초로 스팀이 제공되고, 각 증발기(130)로 공급 및 분사되는 해수와 잠열교환으로 발생된 수증기를 다음 증발기(130)의 열원으로 하여 증발기BN까지 순차적으로 제공되는 다중효용법에 의해 최종 저온수증기를 생산하여 저온수증기라인(121)을 통해 반응부(200)로 공급하고, 여분의 고온수증기는 다시 TVC로 보내질 수 있다.
상기 각각의 증발기(130)는 수증기를 수용하는 방열관체(132), 상기 방열관체(132)의 표면에 해수를 분사하는 분사노즐(133), 상기 분사노즐(133)의 상부에 구비되어 방열관체(132)의 표면에 해수 접촉에 따른 잠열증발로 발생되는 수증기에서 액적을 분리하는 데미스터(demister)(134), 상기 분사노즐(133), 방열관체(132) 및 데미스터(134)를 포함하여 상기 분사노즐(133)에 분사되는 해수를 수용하는 하우징(131)을 포함할 수 있다.
상기 방열관체(132)의 표면에 해수의 접촉에 따른 잠열교환으로 상기 방열관체(132)의 내부에 생성된 응축수를 증발기A1부터 증발기Bn까지 순차적으로 수집하여 담수를 생산할 수 있다.
이하, 본 발명의 반응부(200) 및 응축기(300)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 상기 반응부(200)는, 상기 다중효용증발장치(100)에서 생산된 고온수증기 또는 저온수증기를 받아 흡착 또는 탈착하는 흡착제(도 5 내지 도 10의 220)와, 상기 반응부(200)에서 흡착제(220)의 수분 흡착 시 발생하는 열을 제거하고, 탈착 시 상기 반응부(200)로 열을 공급할 수 있도록 냉수 또는 온수가 이동하는 열교환튜브(도 5 내지 도 10의 210)를 포함하는 베드A(200a), 베드B(200b), 베드C(200c)로 각각 구성될 수 있다. 상기 베드의 수는 예시적인 것으로 반드시 3개에 한정되는 것은 아니며 실시예에 따라서 4개 이상의 베드가 적용될 수 있다.
일 실시예에서 반응부(200)는 베드A(200a), 베드B(200b) 및 베드C(200c)로 분할 구성될 수 있고, 밸브제어부의 밸브 개폐 제어를 통해 각각의 베드(200a, 200b, 200c)에 다중효용증발장치(100)에서 생성된 고온수증기 및 저온수증기와 냉온수라인(400)을 통하여 제공되는 냉각수 및 온수가 선택적으로 공급될 수 있으며, 저온흡착, 고온흡착, 예열, 탈착, 예냉의 각 공정이 유기적으로 수행될 수있다.
밸브제어부(미도시)는 다중효용증발장치(100)와 반응부(200), 상기 반응부(200)와 응축기(300)를 각각 연결하는 수증기라인에 구비된 밸브들과, 상기 냉온수라인(400)에서 상기 반응부(200)의 열교환튜브(210)로 제공되는 냉각수 및 온수의 선택 공급을 위한 밸브의 작동(개폐)을 제어할 수 있다.
응축기(300)는 상기 반응부(200)의 흡착제(220)에서 탈착된 수증기를 받아 응축시키며, 상기 응축된 물은 담수로 회수하여 담수저장탱크(310)에 저장하거나 공업용수 또는 생활용수로 활용할 수 있다.
상기 반응부(200)에서 배출되는 수증기를 응축기(300)에 공급하기 위해 배출라인(230)이 연결될 수 있다.
냉온수라인(400)은 상기 반응부(200)의 열교환튜브(210)에 냉각수 및 온수를 선택적으로 공급할 수 있다.
그리고, 상기 제1 증발부(110)의 고온수증기라인(111) 및 제2 증발부(120)의 저온수증기라인(121)은 최종 투입관(140)을 통해 각각의 반응부(200)에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템은 6 단계의 세부 공정을 통해 해수를 담수화할 수 있는데. 이하에서는 각 세부 공정을 도면과 함께 보다 상세히 설명한다.
도 4를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수 담수화는 사이클#1, 교체#1, 사이클#2, 교체#2, 사이클#3 및 교체#3의 세부공정으로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템은 상술한 6개의 세부 공정을 반복적으로 수행하여 해수를 담수화 할 수 있다.
도 4는 각 세부 공정에서 베드A, 베드B 및 베드C 각각에 의해 수행되는 공정과 밸브의 개폐 상태를 정리한 것이다. 상술한 바와 같이 밸브는 밸브제어부에 의해 제어되어 각각의 세부공정에서 베드A 내지 베드C가 고압흡착공정, 저압흡착공정, 탈착공정, 예열공정, 예냉공정 중 어느 하나를 수행하도록 개폐될 수 있다.
예를 들어, 사이클#1의 경우 베드A는 저온흡착공정, 베드B는 고온흡착공정, 베드C는 탈착 공정을 수행할 수 있고, 교체#1의 경우 베드A는 저온흡착공정, 베드B는 예열공정, 베드C는 예냉공정을 수행하며, 사이클#2의 경우 베드A는 고온흡착공정, 베드B는 탈착 공정, 베드C는 저온흡착공정을 수행하고, 교체#2의 경우 베드A는 예열공정, 베드B는 예냉공정, 베드C는 저온흡착공정을 수행하며, 사이클#3의 경우 베드A는 탈착 공정, 베드B는 저온흡착공정, 베드C는 고온흡착공정을 수행하고, 교체#3의 경우 베드A는 예냉공정, 베드B는 저온흡착공정, 베드C는 예열공정을 수행할 수 있다. 도 11에 도시와 같이, 사이클#1 - 교체#1 - 사이클#2 - 교체#2 - 사이클#3 - 교체#3의 세부공정은 순차적으로 반복될 수 있다.
이하에서 도 5 내지 도 10을 참조하여 각 세부공정을 보다 상세히 설명한다.
도 5는 사이클#1 에서의 작동 상태도이다.
도 5를 참조하면 a) 베드A(200a)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-01)는 폐쇄되고, 상기 제2증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-02)는 개방되며, 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)의 밸브(GV-07)는 폐쇄되어 저온수증기를 수용하고, 밸브제어부에 의해 냉온수라인(400)의 밸브(AV-02) 및 밸브(AV-04)는 개방되고, 밸브(AV-01) 및 밸브(AV-03)는 폐쇄되어 냉각수를 상기 열교환튜브(210)에 제공하여 저온수증기에 함유된 수분이 흡착제(220)에 흡착되는 저온흡착공정이 수행된다.
베드B(200b)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1 증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-03)는 개방되고, 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-04)는 폐쇄되며, 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)의 밸브(GV-08)는 폐쇄되어 고온수증기를 수용하고, 밸브제어부에 의해 냉온수라인(400)의 밸브(AV-06) 및 밸브(AV-08)는 개방되고, 밸브(AV-05) 및 밸브(AV-07)는 폐쇄되어 냉각수를 상기 열교환튜브(210)에 제공하여 고온수증기에 함유된 수분이 흡착제(220)에 흡착되는 고온흡착공정이 수행된다. 여기서 베드A(200a) 및 베드B(200b)로 냉각수를 공급하여 흡착제(220)에 수분이 흡착됨에 따른 열을 냉각수를 통해 감소 또는 제거할 수 있다.
베드C(200c)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1 증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-05) 및 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-06)는 폐쇄되고, 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)의 밸브(GV-09)는 개방되며, 냉온수라인(400)의 밸브(AV-09) 및 밸브(AV-11)는 개방되고 밸브(AV-10) 및 밸브(AV-12)는 폐쇄된다. 상술한 밸브들의 개폐 동작에 의해 온수를 상기 열교환튜브(210)에 제공하여 수분을 흡착제(220)로부터 탈착시켜 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)을 통해 응축기(300)로 수증기를 공급하는 탈착 공정이 수행된다.
도 6은 교체#1 에서의 작동 상태도이다.
도 6을 참조하면 b) 베드A(200a)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-01)는 폐쇄되고, 상기 제2증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-02)는 개방되며, 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)의 밸브(GV-07)는 폐쇄되어 저온수증기를 수용하고, 밸브제어부에 의해 냉온수라인(400)의 밸브(AV-02) 및 밸브(AV-04)는 개방되고, 밸브(AV-01) 및 밸브(AV-03)는 폐쇄되어 냉각수를 상기 열교환튜브(210)에 제공하여 저온수증기에 함유된 수분을 흡착제(220)에 흡착시키는 저온흡착공정이 수행된다.
베드B(200b)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1 증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-03), 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-04) 및 배출라인(230)의 밸브(GV-08)는 모두 폐쇄되고, 상기 냉온수라인(400)의 밸브(AV-05) 및 밸브(AV-07)는 개방되며, 밸브(AV-08) 및 밸브(AV-08)는 폐쇄되어 상기 열교환튜브(210)에 온수를 제공하여 예열하는 예열공정이 수행된다.
베드C(200c)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1 증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-05), 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-06) 및 배출라인(230)의 밸브(GV-09)는 모두 폐쇄되고, 상기 냉온수라인(400)의 밸브(AV-10) 및 밸브(AV-12)는 개방되며, 밸브(AV-09) 및 밸브(AV-11)는 폐쇄되어 상기 열교환튜브(210)에 냉각수를 제공하여 예냉하는 예냉공정을 수행된다.
도 7은 사이클#2에서의 작동 상태도이다.
도 7을 참조하면 c) 베드A(200a)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-01)는 개방되고, 상기 제2증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-02)는 폐쇄되며, 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)의 밸브(GV-07)는 폐쇄되어 고온수증기를 수용하고, 밸브제어부에 의해 냉온수라인(400)의 밸브(AV-02) 및 밸브(AV-04)는 개방되고, 밸브(AV-01) 및 밸브(AV-03)를 폐쇄되어 냉각수를 상기 열교환튜브(210)에 제공하여 고온수증기에 함유된 수분이 흡착제(220)에 흡착되는 고온흡착공정을 수행된다.
베드B(200b)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1 증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-03) 및 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-04)는 폐쇄되고, 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)의 밸브(GV-08)는 개방되며, 냉온수라인(400)의 밸브(AV-05) 및 밸브(AV-07)는 개방되고 밸브(AV-06) 및 밸브(AV-08)는 폐쇄되어 온수를 상기 열교환튜브(210)에 제공하여 흡착제(220)에 흡착된 수분을 탈착시켜 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)을 통해 응축기(300)로 수증기를 공급하는 탈착 공정을 수행된다.
베드C(200c)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1 증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-05)는 폐쇄되고, 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-06)는 개방되며, 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)의 밸브(GV-09)는 폐쇄되어 저온수증기를 수용하고, 밸브제어부에 의해 냉온수라인(400)의 밸브(AV-10) 및 밸브(AV-12)는 개방되고, 밸브(AV-09) 및 밸브(AV-11)는 폐쇄되어 냉각수를 상기 열교환튜브(210)에 제공하여 저온수증기에 함유된 수분이 흡착제(220)에 흡착되는 저온흡착공정을 수행된다.
도 8은 교체#2 에서의 작동 상태도이다.
도 8을 참조하면 d) 베드A(200a)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-01), 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-02) 및 배출라인(230)의 밸브(GV-07)는 모두 폐쇄되고, 상기 냉온수라인(400)의 밸브(AV-01) 및 밸브(AV-03)는 개방되며, 밸브(AV-02) 및 밸브(AV-04)는 폐쇄되어 상기 열교환튜브(210)에 온수를 제공하여 예열하는 예열공정이 수행된다.
베드B(200b)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1 증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-03), 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-04) 및 배출라인(230)의 밸브(GV-08)는 모두 폐쇄되고, 상기 냉온수라인(400)의 밸브(AV-06) 및 밸브(AV-08)는 개방되며, 밸브(AV-05) 및 밸브(AV-07)는 폐쇄되어 상기 열교환튜브(210)에 냉각수를 제공하여 예냉하는 예냉공정을 수행된다.
베드C(200c)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1 증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-05)는 폐쇄되고, 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-06)는 개방되며, 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)의 밸브(GV-09)는 폐쇄되어 저온수증기를 수용하고, 밸브제어부에 의해 냉온수라인(400)의 밸브(AV-10) 및 밸브(AV-12)는 개방되고, 밸브(AV-09) 및 밸브(AV-11)는 폐쇄되어 냉각수를 상기 열교환튜브(210)에 제공하여 저온수증기에 함유된 수분이 흡착제(220)에 흡착되는 저온흡착공정을 수행된다.
도 9는 사이클#3에서의 작동 상태도이다.
도 9를 참조하면, e) 베드A(200a)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-01) 및 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-02)는 폐쇄되고, 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)의 밸브(GV-07)는 개방되며, 냉온수라인(400)의 밸브(AV-01) 및 밸브(AV-03)는 개방되고 밸브(AV-02) 및 밸브(AV-04)는 폐쇄되어 온수를 상기 열교환튜브(210)에 제공하여 흡착제(220)에 수분을 탈착시켜 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)을 통해 응축기(300)로 수증기를 공급하는 탈착 공정을 수행된다.
베드B(200b)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1 증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-03)는 폐쇄되고, 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-04)는 개방되며, 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)의 밸브(GV-08)는 폐쇄되어 저온수증기를 수용하고, 밸브제어부에 의해 냉온수라인(400)의 밸브(AV-06) 및 밸브(AV-08)는 개방되고, 밸브(AV-05) 및 밸브(AV-07)는 폐쇄되어 냉각수를 상기 열교환튜브(210)에 제공하여 저온수증기에 함유된 수분이 흡착제(220)에 흡착되는 저온흡착공정공정을 수행된다.
베드C(200c)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1 증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-05)는 개방되고, 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-06)는 폐쇄되며, 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)의 밸브(GV-09)는 폐쇄되어 고온수증기를 수용하고, 밸브제어부에 의해 냉온수라인(400)의 밸브(AV-10) 및 밸브(AV-12)는 개방되고, 밸브(AV-09) 및 밸브(AV-11)는 폐쇄되어 냉각수를 상기 열교환튜브(210)에 제공하여 고온수증기에 함유된 수분이 흡착제(220)에 흡착되는 고온흡착공정을 수행된다.
도 10은 교체#3에서의 작동 상태도이다.
도 10을 참조하면, f) 베드A(200a)에서, 상기 제1 증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-01), 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-02) 및 배출라인(230)의 밸브(GV-07)는 모두 폐쇄되고, 상기 냉온수라인(400)의 밸브(AV-02) 및 밸브(AV-04)는 개방되며, 밸브(AV-01) 및 밸브(AV-03)는 폐쇄되어 상기 열교환튜브(210)에 냉각수를 제공하여 예냉하는 예냉공정을 수행된다.
베드B(200b)에서, 밸브제어부에 의해 상기 제1 증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-03)는 폐쇄되고, 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-04)는 개방되며, 상기 응축기(300)에 연결된 배출라인(230)의 밸브(GV-08)는 폐쇄되어 저온수증기를 수용하고, 밸브제어부에 의해 냉온수라인(400)의 밸브(AV-06) 및 밸브(AV-08)는 개방되고, 밸브(AV-05) 및 밸브(AV-07)는 폐쇄되어 냉각수를 상기 열교환튜브(210)에 제공하여 저온수증기에 함유된 수분이 흡착제(220)에 흡착되는 저온흡착공정을 수행된다.
베드C(200c)에서, 상기 제1증발부(110)에 연결된 고온수증기라인(111)의 밸브(GV-05), 상기 제2 증발부(120)에 연결된 저온수증기라인(121)의 밸브(GV-06) 및 배출라인(230)의 밸브(GV-09)는 모두 폐쇄되고, 상기 냉온수라인(400)의 밸브(AV-09) 및 밸브(AV-11)는 개방되며, 밸브(AV-10) 및 밸브(AV-12)는 폐쇄되어 상기 열교환튜브(210)에 온수를 제공함에 따라 예열하는 예열공정을 수행된다.
본 발명의 일 실시예에서 상술한 사이클#1, 교체#1, 사이클#2, 교체#2, 사이클#3, 교체#3가 순차적으로 반복 수행될 수 있다.
상술한 담수화과정에서, 예열 및 예냉 과정을 통해 상기 응축기(300) 내의 수분이 반응부(200)로 이동하는 것을 방지하고 압력을 조절할 수 있으며 에너지를 절감할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템의 기술적 효과에 대하여 설명한다.
종래 AD시스템에 경우 성능계수(coefficient of performance, COP)와 설치면적(footprint) 면에서 기존 수증기압축식 또는 흡수식 사이클에 비해 상대적으로 비효율적이다. 이는 종래의 AD시스템 사이클에서 흡착제의 흡착률(coverage, 흡착질(adsorbate)에 대한 흡착제의 최대 흡착량 대비 실제 흡착량)에 크게 의존하는 상대적으로 높은 흡착열(adsorption heat)과 흡착제의 다소 낮은 평형흡착량(equilibrium uptake)에 기인하게 된다.
이때, 특정 흡착질에 대한 흡착제의 흡착용량(uptake capacity)은 무한히 긴 시간 동안 평형 상태에서의 흡착량을 나타내는 흡착등온선(adsorption isotherm) 데이터로부터 얻을 수 있다.
그리고, 대부분의 종래 AD시스템은 열원 온도에 따라 180초에서 900초 범위의 (반)사이클 시간을 적용하고 있으며, 이와 같이 AD 사이클의 흡착 및 탈착 과정을 실행하기 위해 특정 흡착제에 대하여 사이클 시간은 효과적으로 제한된다.
AD시스템의 성능지수로 사용되는 있는 COP는 흡착질의 탈착열에 대한 증발잠열(latent heat)의 비로 정의된다.
대부분의 흡착제와 흡착질 쌍에서 흡착열은 낮은 상대압력(relative pressure) 또는 낮은 평형흡착량 조건에서 잠열보다 매우 크다. 이로 인해, 종래 AD시스템의 용량(capacity) 대비 부피(volume) 또는 설치면적 비를 향상시키는 방법은 향상된 유효 평형흡착량(net uptake capacity)을 갖는 사이클을 적용하는 것이다.
흡착제의 보다 높은 흡착량은 높은 흡착률 및 상대압력에서 흡착질의 잠열에 근접한 낮은 흡착열을 초래한다. 대부분의 종래 AD시스템은 흡착률이 약 02인 운전조건에서 작동되며, 이에 따라 종래 AD시스템의 COP는 유효 평형흡착량을 증가시킴에 따라 기존보다 약 015 이상 향상될 수 있다.
이뿐만 아니라, 종래 AD시스템에 대한 열역학 제2법칙 해석을 통해 알 수 있듯이, 보다 높은 물질전달속도(kinetics)를 갖는 높은 온도에서 열전달이 이루어지는 재생(regeneration) 또는 탈착(desorption) 공정은 흡착 공정보다 상대적으로 더 효율적이다.
하지만, 대부분의 종래 AD시스템에서는 흡/탈착 공정에 대하여 동일한 사이클 시간이 적용되며, 이로 인해 완전한 흡착 공정을 위한 탈착 베드의 부가적인 가열은 AD시스템의 효율을 저하시키는 요인이 된다.
도 12는 본 발명에 따른 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 12에 도시와 같이, 본 발명에 제안된 제1 증발부(110) 및 제2 증발부(120)를 통해 고온수증기 및 저온수증기를 통해 온도에 따른 압력상승에 따라 흡착률이 상승되는 효과를 기대할 수 있다.
따라서, 흡착 및 탈착 공정에 서로 다른 사이클 시간, 즉 탈착 공정에 상대적으로 더 짧은 사이클 시간을 적용한다면 종래 AD시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 성능계수(coefficient of performance, COP) 보완 및 담수생산량을 극대화할 수 있고, 각각의 제1 증발부 및 제2 증발부를 통해 부산(副産)된 냉수를 지역냉방(district cooling) 및 거주냉방(residential cooling)을 위한 용수로 활용할 수 있으며, 다중효용법을 통한 해수와 수증기의 잠열교환으로 생성되는 응축수를 담수로 활용할 수 있는 효과가 있다.
* 부호의 설명
100: 다중효용증발장치
110: 제1 증발부
111: 고온수증기라인
120: 제2 증발부
121: 저온수증기라인
130: 증발기
130a: 고압증발기
130b: 저압증발기
131: 하우징
132: 방열관체
133: 분사노즐
134: 디미스터
140: 투입관
200: 반응부
200a: 베드A
200b: 베드B
200c: 베드C
210: 열교환튜브
220: 흡착제
230: 배출라인
300: 응축기
310: 담수저장탱크
400: 냉온수라인
밸브(GV-01, GV-02, GV-03, GV-04, GV-05, GV-06, GV-07, GV-08, GV-09)
밸브(AV-01, AV-02, AV-03, AV-04, AV-05, AV-06, AV-07, AV-08, AV-09, AV-10, AV-11, AV-12)
본 발명은 해수를 담수화시키는 흡착식 해수담수화(adsorption desalination, AD)시스템에 관한 것으로, 고온수증기 및 저온수증기를 생산하는 다중효용증발장치(100)와 상기 다중효용증발장치(100)에서 생산된 고온수증기 또는 저온수증기를 받아 수분을 흡착 또는 탈착하는 흡착제(220) 및 냉각수나 온수를 통해 상기 흡착제(220)로 열을 전달 가능한 열교환튜브(210)를 포함하는 포함하는 복수의 반응부(200)와 상기 반응부(200)의 흡착제(220)에서 탈착된 수분이 함유된 수증기를 담수로 회수할 수 있도록 응축시키는 응축기(300)와 상기 반응부(200)의 열교환튜브(210)에 냉각수 또는 온수를 선택적으로 공급하는 냉온수라인(400)과 상기 다중효용증발장치(100)와 상기 반응부(220) 및 상기 반응부(220)와 상기 응축기(300)를 각각 연결하는 수증기라인, 상기 수증기라인에 구비된 밸브, 상기 냉온수라인(400)에서 상기 열교환튜브(210)로 제공되는 냉각수 또는 온수를 선택적으로 공급을 위하여 상기 밸브의 작동을 제어하는 밸브제어부를 포함하는 구성을 통해 해수로부터 담수(freshwater) 생산량을 극대화할 수 있고, 지역(district) 및 거주(residential) 냉방을 위한 냉수(chilled water)를 부산할 수 있어 해수담수화 기술 분야에 산업상 이용가능성을 갖는다.

Claims (6)

  1. 고온수증기 및 저온수증기를 생산하는 다중효용증발장치(100)와;
    상기 다중효용증발장치(100)에서 생산된 고온수증기 또는 저온수증기를 받아 수분을 흡착 또는 탈착하는 흡착제(220) 및 냉각수나 온수를 통해 상기 흡착제(220)로 열을 전달 가능한 열교환튜브(210)를 포함하는 포함하는 복수의 반응부(200)와;
    상기 반응부(200)의 흡착제(220)에서 탈착된 수분이 함유된 수증기를 담수로 회수할 수 있도록 응축시키는 응축기(300)와;
    상기 반응부(200)의 열교환튜브(210)에 냉각수 또는 온수를 선택적으로 공급하는 냉온수라인(400)과;
    상기 다중효용증발장치(100)와 상기 반응부(220) 및 상기 반응부(220)와 상기 응축기(300)를 각각 연결하는 수증기라인, 상기 수증기라인에 구비된 밸브, 상기 냉온수라인(400)에서 상기 열교환튜브(210)로 제공되는 냉각수 또는 온수를 선택적으로 공급을 위하여 상기 밸브의 작동을 제어하는 밸브제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응부(200)는,
    상기 흡착제(220) 및 열교환튜브(210)를 각각 포함하는 베드A(200a), 베드B(200b) 및 베드C(200c)로 구성되며,
    상기 베드A(200a), 베드B(200b) 및 베드C(200c)는 각각 상기 밸브제어부의 제어를 통해 상기 다중효용증발장치(100)에서 생성된 고온수증기 또는 저온수증기를 선택적으로 공급받고, 상기 냉온수라인을 통해서 냉각수 또는 온수를 선택적으로 공급받아 저온흡착공정, 고온흡착공정, 예열공정, 탈착공정, 예냉공정을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 베드A(200a), 베드B(200b) 및 베드C(200c) 중 어느 하나는 저온흡착공정을 수행할 때, 다른 하나는 고온흡착공정을 수행하고, 나머지 하나는 탈착공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 다중효용증발장치(100)는,
    복수의 연속된 증발기 및 고온수증기를 배출하는 고압증발기(130a)를 포함하는 제1 증발부(110); 및
    복수의 연속된 증발기 및 최종 저온수증기를 배출하는 저압증발기(130b)를 포함하는 제2 증발부(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 증발부(110)와 상기 제2 증발부(120)는 서로 연결되며, 상기 제1 증발부(110)의 증발기A1부터 상기 제2 증발부(120)의 저압증발기(130b)까지 내부에서 생성된 응축수가 순차적으로 이동하여 담수를 생산하는 것을 특징으로 하는 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 증발기(130)는,
    기체를 수용하는 방열관체(132)와;
    상기 방열관체(132)의 표면에 해수를 분사하는 분사노즐(133)과;
    상기 분사노즐(133)의 상부에 구비되며, 해수의 증발에 따른 수증기에서 액적을 분리하는 데미스터(134)와;
    상기 분사노즐(133), 방열관체(132) 및 데미스터(134)를 수용하는 하우징(131)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템.
PCT/KR2020/009872 2019-08-20 2020-07-27 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템 WO2021033935A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022510204A JP7365492B2 (ja) 2019-08-20 2020-07-27 多重効用蒸発装置を用いた吸着式海水淡水化システム
US17/673,649 US12049410B2 (en) 2019-08-20 2022-02-16 Adsorption desalination system using multi-effect evaporation apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0101687 2019-08-20
KR1020190101687A KR102265403B1 (ko) 2019-08-20 2019-08-20 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/673,649 Continuation US12049410B2 (en) 2019-08-20 2022-02-16 Adsorption desalination system using multi-effect evaporation apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021033935A1 true WO2021033935A1 (ko) 2021-02-25

Family

ID=74660299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/009872 WO2021033935A1 (ko) 2019-08-20 2020-07-27 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템

Country Status (4)

Country Link
US (1) US12049410B2 (ko)
JP (1) JP7365492B2 (ko)
KR (1) KR102265403B1 (ko)
WO (1) WO2021033935A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102709505B1 (ko) * 2021-07-08 2024-09-24 한양대학교 에리카산학협력단 다단 흡착식 담수화 장치 및 다단 흡착식 담수화 방법
CN113651384A (zh) * 2021-08-19 2021-11-16 东北电力大学 一种耦合吸附装置的多级喷射闪蒸海水淡化系统
CN114835184B (zh) * 2022-05-13 2023-02-28 大连理工大学 一种基于水合物水蒸气吸附法的污水处理方法及装置
KR20240085608A (ko) * 2022-12-08 2024-06-17 한국해양과학기술원 유가 미네랄 회수 및 고순도 담수 생산을 위한 초고도 농축 해수담수화 공정

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070118107A (ko) * 2005-03-07 2007-12-13 아이.디.이. 테크놀로지스 엘티디. 다중효용 증발기
US20120119396A1 (en) * 2009-07-20 2012-05-17 Bidyut Baran Saha Desalination system and method
KR101186167B1 (ko) * 2010-11-05 2012-10-02 한국에너지기술연구원 태양열 다단 및 다중효용 증발식 해수 담수화장치
JP6289413B2 (ja) * 2015-04-23 2018-03-07 株式会社ササクラ 発電・海水淡水化方法およびシステム
KR101834881B1 (ko) * 2016-07-05 2018-04-13 한국해양과학기술원 타임 시프팅을 적용한 히트펌프 연계형 흡착식 담수화시스템

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3288686A (en) * 1963-07-12 1966-11-29 Donald F Othmer Method for multi-flash evaporation to obtain fresh water from aqueous solution
US3261766A (en) * 1964-12-11 1966-07-19 Fluor Corp Multistage evaporation with absorption of distilled vapors
DE3004197A1 (de) * 1980-02-06 1981-08-27 GST Gesellschaft für Systemtechnik mbH, 4300 Essen Verfahren zu rueckgewinnen von waermeenergie, die in den brueden von fuer thermische stofftrennprozesse eingesetzten mehrstufenverdampfern enthalten ist, und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE3016406C2 (de) * 1980-04-29 1985-11-28 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen Mehrstufiges thermisches Stofftrennverfahren mit kombiniertem Brüdenverdichter und Wärmetransformator zur Rückgewinnung der in den Brüden enthaltenden Wärme und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO2005108880A1 (en) * 2004-05-11 2005-11-17 Cyclect Singapore Pte Ltd A regenerative adsorption system
SG127752A1 (en) * 2005-05-12 2006-12-29 Univ Singapore Apparatus and method for desalination
JP5089236B2 (ja) * 2007-04-27 2012-12-05 セイリーン ウォーター コンバージョン コーポレイション 造水装置及び造水方法
SG193372A1 (en) * 2011-03-08 2013-10-30 Univ Singapore A regenerative adsorption distillation system
KR101258433B1 (ko) 2011-08-25 2013-04-26 제주대학교 산학협력단 다기능 모듈라 방식의 흡착식 담수화 시스템을 갖는 증발장치
JP2013066841A (ja) * 2011-09-22 2013-04-18 Hitachi Zosen Corp 多重効用造水装置における分割バンドルによる蒸気流制御システム
WO2013134553A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 Bluelagoon Technologies Ltd Apparatus and method for vapor driven absorption heat pumps and absorption heat transformer with applications
US9028653B2 (en) * 2012-04-13 2015-05-12 Korea Institute Of Energy Research Evaporative desalination device of multi stage and multi effect using solar heat
WO2015152819A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-08 Medad Technologies Pte Ltd A method and apparatus for multi-effect adsorption distillation
KR101556915B1 (ko) 2014-05-28 2015-10-06 한국에너지기술연구원 Vmd 모듈을 이용한 해수 담수화장치
US10150681B2 (en) * 2016-06-29 2018-12-11 Howard Y. Yuh Method for sorbtion distillation
CN107042022A (zh) * 2017-01-17 2017-08-15 南京工业大学 一种亚重力场强化多级蒸发系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070118107A (ko) * 2005-03-07 2007-12-13 아이.디.이. 테크놀로지스 엘티디. 다중효용 증발기
US20120119396A1 (en) * 2009-07-20 2012-05-17 Bidyut Baran Saha Desalination system and method
KR101186167B1 (ko) * 2010-11-05 2012-10-02 한국에너지기술연구원 태양열 다단 및 다중효용 증발식 해수 담수화장치
JP6289413B2 (ja) * 2015-04-23 2018-03-07 株式会社ササクラ 発電・海水淡水化方法およびシステム
KR101834881B1 (ko) * 2016-07-05 2018-04-13 한국해양과학기술원 타임 시프팅을 적용한 히트펌프 연계형 흡착식 담수화시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR102265403B1 (ko) 2021-06-16
KR20210022322A (ko) 2021-03-03
US12049410B2 (en) 2024-07-30
US20220169535A1 (en) 2022-06-02
JP7365492B2 (ja) 2023-10-19
JP2022545781A (ja) 2022-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021033935A1 (ko) 다중효용증발장치를 이용한 흡착식 해수담수화 시스템
EP0014895B1 (en) A process for producing liquid water
WO2018008837A1 (ko) 타임 시프팅을 적용한 히트펌프 연계형 흡착식 담수화시스템
JP5243900B2 (ja) 溶剤回収設備
US4835974A (en) Process for the removal of impurities from exhaust gases
WO2017120719A1 (zh) 一种活性炭吸附回收处理合成革厂废气的装置和方法
US2699047A (en) Process for cooling and purifying compressed gas mixtures
EP0956894B1 (en) Adsorption process for recovery of solvents
WO2011021637A1 (ja) 有機溶剤回収システム
GB2211753A (en) Recovery of desorbate
WO2019245097A1 (ko) 액화가스 냉열 이용을 위한 융복합 냉각 시스템
RU2007138411A (ru) Противоопухолевые соединения
JP2011240243A (ja) 有機溶剤回収システム
WO2019245096A1 (ko) 효율적인 제상 운전이 가능한 복합식 냉각 시스템
RU2097115C1 (ru) Система очистки воздуха от диоксида углерода
CA2123901A1 (en) Improved discrete constant pressure system for staging solid-vapor compounds
CN117258471A (zh) 一种热泵驱动的回热型直接空气碳捕集系统
WO2017082434A1 (ko) 동결식 해수의 담수화 장치
CN110332727B (zh) 一种工业余热驱动的吸附式净水制冷系统及其应用
JP3697056B2 (ja) 高濃度オゾンガスの製造方法及びその装置
TWI791178B (zh) 乾燥設備及乾燥方法
JPH0810550A (ja) 排ガスから潜熱を回収する方法およびその装置
US3126265A (en) Process and apparatus for separating
CN217367745U (zh) 一种空分分子筛再生加热装置
JPH09122432A (ja) 圧力スイング吸着法によるガス分離装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20854606

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022510204

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205 DATED 01-07-2022)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20854606

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1