KR101656569B1

KR101656569B1 - Apparatus for manufacturing energy

Info

Publication number: KR101656569B1
Application number: KR1020140116328A
Authority: KR
Inventors: 이정길; 김영득; 임백규; 김우승
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2016-09-23
Anticipated expiration: 2034-09-02
Also published as: KR20160028059A

Abstract

초순수 생산 시스템이 개시된다. 초순수 생산 시스템은 원수가 흐르는 제1유로와, 분리막에 의해 상기 제1유로와 구획되는 제2유로를 갖고, 원수에서 생성된 증기가 상기 분리막을 통과하여 상기 제2유로 측으로 분리되는 막증류 모듈; 및 상기 제2유로에서 유출된 유체가 통과하는 탈염 유로와, 상기 탈염 유로를 흐르는 유체에 함유된 이온들을 분리하는 전극들을 갖는 CDI 전극 모듈을 포함한다.An ultrapure water production system is disclosed. Wherein the ultrapure water production system has a first flow path through which raw water flows and a second flow path by which the first flow path is partitioned by a separation membrane and a vapor generated in the raw water passes through the separation membrane and is separated into the second flow path side; And a CDI electrode module having electrodes for separating ions contained in a fluid flowing through the desalination channel, and a desalination channel through which the fluid flowing out from the second channel flows.

Description

[0001] APPARATUS FOR MANUFACTURING ENERGY [0002]

본 발명은 초순수 생산 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 막증류 모듈과 CDI 전극 모듈을 이용하여 초순수를 생산하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrapure water production system, and more particularly, to a system for producing ultrapure water using a membrane distillation module and a CDI electrode module.

물속에 존재하는 미립자, 유기물, 이온성 물질들을 완전히 제거하여 이론적으로 17~18㏁ㆍcm의 비저항을 갖는 물을 초순수라고 한다. 초순수는 원자의 결합측정 연구 및 유전공학 연구 등의 기초과학 분야뿐만 아니라, 반도체나 전자기기의 제조, 의약품 제조, 식품제조, 화력 또는 원자력 발전소 등 다양한 산업의 생산공정에서 대량으로 사용되고 있다. 특히 반도체 산업의 경우 안정적으로 고품질의 초순수를 생산할 수 있는 시스템은 고집적도의 반도체 생산에 필수적이다.Ultrafine water is theoretically called water with a specific resistivity of 17 ~ 18MΩ · cm by completely removing the fine particles, organic matter and ionic substances present in the water. Ultrapure water is used in large quantities in production processes of various industries such as semiconductor and electronic device manufacturing, pharmaceutical manufacturing, food manufacturing, thermal power, or nuclear power plant as well as basic science such as atomic bonding measurement research and genetic engineering research. Especially in the semiconductor industry, a system capable of producing high-quality ultra-pure water stably is essential for the production of highly integrated semiconductors.

일반적으로 초순수 생산을 위한 기존 공정에는 multiple IER, RO-EDI 복합공정이 있다. In general, there are multiple IER and RO-EDI complex processes in existing processes for ultrapure water production.

Multi IER 공정은 기존 증류 방식에 비해 운영 관리가 저렴하다는 장점이 있으나, 유기물에서 이온을 띄지 않는 것과 미생물류의 제거가 거의 불가능하며, 미생물의 번식이 쉽다는 단점이 있다. The Multi IER process has advantages in that the operation management is inexpensive as compared with the conventional distillation method, but it is disadvantageous in that it is not possible to remove ions from the organic material and to remove microorganisms, and it is easy to reproduce microorganisms.

RO-EDI 시스템의 RO 공정은 유입수의 농도 증가에 따른 에너지 소비의 증가, 낮은 회수율, 보론 제거, 농축수 처리 등의 문제가 있다, 그리고 막을 사용하는 EDI 공정은 화학약품에 의한 막 세정이 요구되며, 막 세정과정에서 화학약품의 사용과 다량의 폐액이 발생되는 문제가 있다.The RO process of the RO-EDI system has problems such as increased energy consumption, lower recovery rate, removal of boron, and treatment of concentrated water as the concentration of influent water increases, and the EDI process using membranes requires membrane cleaning with chemicals , There is a problem that the use of chemical agents and a large amount of waste liquid occur during the membrane cleaning process.

한국공개특허 10-2010-0089311Korean Patent Publication No. 10-2010-0089311

본 발명은 기존 시스템에 비하여 에너지 소비량을 감소시킬 수 있는 초순수 생산 시스템을 제공한다.The present invention provides an ultrapure water production system that can reduce energy consumption compared to existing systems.

또한, 본 발명은 친환경적인 초순수 생산 시스템을 제공한다.The present invention also provides an eco-friendly ultra pure water production system.

또한, 본 발명은 초순수의 생산 효율을 향상시킬 수 있는 초순수 생산 시스템을 제공한다.The present invention also provides an ultrapure water production system capable of improving the production efficiency of ultrapure water.

본 발명에 따른 초순수 생산 시스템은 원수가 흐르는 제1유로와, 분리막에 의해 상기 제1유로와 구획되는 제2유로를 갖고, 원수에서 생성된 증기가 상기 분리막을 통과하여 상기 제2유로 측으로 분리되는 막증류 모듈; 및 상기 제2유로에서 유출된 유체가 통과하는 탈염 유로와, 상기 탈염 유로를 흐르는 유체에 함유된 이온들을 분리하는 전극들을 갖는 CDI 전극 모듈을 포함한다.The ultrapure water production system according to the present invention has a first flow path through which raw water flows and a second flow path which is partitioned by the separation membrane by the separation membrane and the steam generated in the raw water passes through the separation membrane and is separated into the second flow path side Membrane distillation module; And a CDI electrode module having electrodes for separating ions contained in a fluid flowing through the desalination channel, and a desalination channel through which the fluid flowing out from the second channel flows.

또한, 상기 막증류 모듈은 DCMD 방식, AGMD 방식, VMD 방식, SGMD 방식, 또는 MGMD 방식 중 어느 하나로 제공될 수 있다. Also, the membrane distillation module may be provided in any one of DCMD, AGMD, VMD, SGMD, and MGMD.

또한, 상기 CDI 전극 모듈은 적어도 두 개 이상이 병렬 배치되고, 하나의 상기 CDI 전극 모듈의 상기 전극들에서 이온들을 흡착하는 흡착 단계가 진행되는 동안, 다른 하나의 상기 CDI 전극 모듈의 상기 전극들에서는 포화흡착된 이온들을 탈착하는 재생 단계가 진행될 수 있다.At least two of the CDI electrode modules are arranged in parallel, and while the adsorption step of adsorbing ions at one of the electrodes of the CDI electrode module is performed, the electrodes of the other CDI electrode module A regeneration step of desorbing the saturated adsorbed ions may proceed.

또한, 상기 제2유로와 상기 탈염 유로를 연결하며, 상기 제2유로에서 유출된 증기가 흐르는 유입수 공급라인; 및 상기 유입수 공급라인에 설치되는 응축기를 더 포함할 수 있다.An inflow water supply line connecting the second flow path and the desalination flow path, through which steam flowing out of the second flow path flows; And a condenser installed in the inflow water supply line.

본 발명에 의하면, 막증류 모듈은 상압에서 구동할 수 있어 고압으로 구동되는 RO 공정에 비해 안전하고 에너지 소비가 낮으므로, 초순수 생산에 에너지 소비량이 감소될 수 있다.According to the present invention, since the membrane distillation module can be driven at normal pressure and is safer and energy-consuming than RO process driven at high pressure, energy consumption can be reduced in the production of ultrapure water.

또한, 본 발명에 의하면, CDI 전극 모듈의 전위 변화로 전극 재생이 가능하므로, 화학 약품의 사용이 요구되는 EDI 공정보다 친환경적인 시스템을 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to regenerate the electrode due to the potential change of the CDI electrode module, thereby making it possible to provide a more environmentally friendly system than the EDI process which requires the use of chemicals.

또한, 본 발명에 의하면, 막증류 모듈에서 생산된 담수는 초순수 생산을 위해 CDI 전극 모듈에서 소요되는 에너지를 크게 줄일 수 있다.In addition, according to the present invention, the fresh water produced in the membrane distillation module can greatly reduce the energy required for the CDI electrode module to produce ultrapure water.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초순수 생산 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 DCMD, AGMD, MGMD 방식의 막증류 모듈이 적용된 초순수 생산 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 VMD 방식의 막증류 모듈이 적용된 초순수 생산 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 생산 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초순수 생산 유닛을 포함하는 에너지 생산 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초순수 생산 유닛을 포함하는 에너지 생산 장치를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 일 실시예에 따른 초순수 생산 유닛을 포함하는 에너지 생산 장치를 간략하게 나타내는 도면이다.1 is a view showing an ultrapure water production system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an ultrapure water production system to which a membrane distillation module of DCMD, AGMD and MGMD type is applied.
3 is a view showing an ultrapure water production system to which a membrane distillation module of the VMD type is applied.
4 is a view showing an energy production apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a view illustrating an energy production apparatus including an ultrapure water production unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a view schematically showing an energy production apparatus including an ultrapure water production unit according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a simplified view of an energy production apparatus including an ultrapure water production unit according to the embodiment of FIG.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Further, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective explanation of the technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Also, while the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof. Also, in this specification, the term "connection " is used to include both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초순수 생산 시스템을 나타내는 도면이다.1 is a view showing an ultrapure water production system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 초순수 생산 시스템(10)은 원수로부터 초순수(ULTRAPURE WATER)를 생산한다. 원수는 지하수, 수도수, 해수, 기수(brackish water), 중수, 산업 폐수 등일 수 있다. 본 실시예에서는 해수를 이용하여 초순수를 생산하는 것을 예를 들어 설명한다.Referring to FIG. 1, the ultrapure water production system 10 produces ULTRAPURE WATER from raw water. The raw water may be groundwater, tap water, seawater, brackish water, heavy water, industrial wastewater, and the like. In this embodiment, production of ultrapure water by using seawater will be described as an example.

초순수 생산 시스템(10)은 담수 생산 유닛(100)과 초순수 생산 유닛(200)을 포함한다. 순수 생산 유닛(100)은 해수로부터 담수(FRESH WATER)를 생산하고, 초순수 생산 유닛(200)은 담수로부터 초순수를 생산한다.The ultrapure water production system 10 includes a fresh water production unit 100 and an ultrapure water production unit 200. The pure water producing unit 100 produces FRESH WATER from seawater and the ultrapure water producing unit 200 produces ultrapure water from fresh water.

담수 생산 유닛(100)은 원수 공급 라인(111), 열교환기(112), 막증류 모듈(120), 원수 유출 라인(131), 유체 공급 라인(132), 유체 유출 라인(133), 그리고 순환 펌프(113, 134, 135)들을 포함한다.The fresh water production unit 100 includes a raw water supply line 111, a heat exchanger 112, a membrane distillation module 120, a raw water discharge line 131, a fluid supply line 132, a fluid discharge line 133, And pumps 113, 134, and 135.

원수 공급 라인(111)은 막증류 모듈(120)의 제1라인(121) 유입구와 연결되며, 해수를 공급한다. 원수 공급 라인(111)에는 순환 펌프(113)와 열교환기(112)가 순차적으로 설치된다. 순환 펌프(113)는 해수를 막증류 모듈 측으로 송액한다. 열교환기(112)는 해수를 가열한다.The raw water supply line 111 is connected to the first line 121 inlet of the membrane distillation module 120 and supplies seawater. In the raw water supply line 111, a circulation pump 113 and a heat exchanger 112 are sequentially installed. The circulation pump 113 feeds seawater to the membrane distillation module side. The heat exchanger 112 heats the seawater.

막증류 모듈(120)은 해수로부터 담수를 분리한다. 막증류 모듈(120)은 제1유로(121), 제2유로(122), 그리고 분리막(123)을 가진다. Membrane distillation module 120 separates fresh water from seawater. The membrane distillation module 120 has a first flow path 121, a second flow path 122, and a separation membrane 123.

제1유로(121)는 유입단이 원수 공급 라인(111)과 연결되고 유출단이 원수 유출 라인(131)과 연결된다. 제1유로(121)에는 해수가 흐른다. 제2유로(122)는 유입단이 유체 공급 라인(132)과 연결되고, 유출단이 유체 유출 라인(133)과 연결된다. 제2유로(122)에는 유체가 흐르며, 유체는 담수가 제공될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 해수와 담수는 반대 방향으로 흐를 수 있다. 또는, 다른 실시예에 의하면, 해수와 담수는 동일한 방향으로 흐를 수 있다. The first flow path 121 has an inlet end connected to the raw water supply line 111 and an outlet end connected to the raw water outlet line 131. Seawater flows through the first flow path 121. The second flow path 122 has an inlet end connected to the fluid supply line 132 and an outlet end connected to the fluid outflow line 133. The fluid flows through the second flow path 122, and the fluid can be supplied with fresh water. According to one embodiment, seawater and fresh water can flow in opposite directions. Or, according to another embodiment, seawater and fresh water can flow in the same direction.

분리막(123)은 소수성의 다공성 막(porous hydrophobic membrane)으로, 제1유로(121)와 제2유(122)로를 구획한다. 분리막(123)은 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), PP(폴리프로필렌), PVDF(폴리비닐리덴플로우라이드), PE(폴리에틸렌) 등과 같은 고분자 막을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 분리막(123)은 단일막으로 제공될 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 분리막(123)은 소수성 막 및 친수성막이 적층된(stacked) 다층막으로 제공될 수 있다. 분리막(123)은 재질, 종류, 구성형태에 제한을 받지 않는다. The separation membrane 123 is a hydrophobic porous hydrophobic membrane and defines a first channel 121 and a second channel 122. The separation membrane 123 may include a polymer membrane such as PTFE (polytetrafluoroethylene), PP (polypropylene), PVDF (polyvinylidene fluoride), PE (polyethylene) According to one embodiment, the separation membrane 123 may be provided as a single membrane. Alternatively, according to another embodiment, the separation membrane 123 may be provided as a multilayer film stacked with a hydrophobic membrane and a hydrophilic membrane. The separation membrane 123 is not limited to materials, types, and configurations.

해수가 제1유로(121)를 따라 흐르는 과정에서 분리막(123)의 표면에는 공기층이 형성되고, 증기(vapor)만이 분리막(123)의 기공을 통과하여 제2유로(122)측으로 분리된다. 증기는 응축되어 담수에 혼합된다.An air layer is formed on the surface of the separation membrane 123 in the course of flowing the seawater along the first flow path 121 and only the vapor passes through the pores of the separation membrane 123 and is separated toward the second flow path 122 side. The steam is condensed and mixed with fresh water.

막증류 모듈(120)은 평판형 막 모듈(plate & frame module), 중공사형 모듈(hollow fiber module), 관형 막 모듈(tubular membrane module), 와권형 막 모듈(spiral wound membrane module) 중 어느 하나로 제공될 수 있다. 평판형 막 모듈은 유로가 평판형 분리막으로 구분된다. 중공사형 모듈은 하나의 원통형 셀 튜브(shell tube) 속에 아주 가느다란 복수 개의 종공형(hollow fiber) 분리막이 제공된다. 관형 막 모듈은 관(tube) 모양의 분리막이 2개의 내·외부 원통형 챔버 사이에 위치한다. 와권형 막 모듈은 평판지(flat sheet) 모양의 분리막이 간격기(spacer)를 싸서 둘둘 말리고, 가운데에 구멍이 난 집수관이 만들어지는 형상의 모듈이다.The membrane distillation module 120 may be provided in any one of a plate & frame module, a hollow fiber module, a tubular membrane module, and a spiral wound membrane module. . The plate-type membrane module is divided into a plate-like separation membrane. The hollow fiber module is provided with a plurality of very thin, hollow fiber membranes in a single cylindrical shell tube. The tubular membrane module has a tube-like separator located between the two inner and outer cylindrical chambers. And the wound membrane module is a module in which a flat sheet shaped membrane is wrapped around a spacer and a collector pipe with a hole is formed in the middle.

원수 유출 라인(131)은 제1유로(121)의 유출단과 연결된다. 막증류 유닛(120)에서 증기의 분리로 농도가 높아진 고농도 해수는 원수 유출 라인(131)을 통해 배출된다. The raw water discharge line 131 is connected to the outlet end of the first flow path 121. High-concentration seawater having a high concentration due to the separation of steam from the membrane distillation unit (120) is discharged through the raw water discharge line (131).

유체 공급 라인(132)은 제2유로(122)의 유입단과 연결되며, 유체를 제2유로(122)에 공급한다. 유체 공급 라인(132)에는 순환 펌프(134)가 설치된다. 순환 펌프(134)는 담수를 송액한다.The fluid supply line 132 is connected to the inlet end of the second flow path 122 and supplies the fluid to the second flow path 122. A circulation pump 134 is installed in the fluid supply line 132. The circulation pump 134 delivers fresh water.

유체 유출 라인(133)은 제2유로(122)의 유출단과 연결된다. 제2유로(122)에서 증기가 응축된 담수는 유체 유출 라인(133)을 따라 흐른다. 유체 유출 라인(133)에는 순환 펌프(135)가 설치된다. 순환 펌프(135)는 담수를 송액한다.The fluid outlet line 133 is connected to the outlet end of the second flow path 122. Fresh water condensed with steam in the second flow path 122 flows along the fluid outflow line 133. A circulation pump 135 is installed in the fluid outlet line 133. The circulation pump 135 delivers fresh water.

초순수 생산 유닛(200)은 유체 공급 라인(210), 축전식 탈염(Capacitive deionization, CDI) 전극 모듈(220, 230), 초순수 유출 라인(241, 242), 그리고 배출 라인(251, 252)를 포함한다.The ultrapure water producing unit 200 includes a fluid supply line 210, capacitive deionization (CDI) electrode modules 220 and 230, ultrapure water outflow lines 241 and 242, and discharge lines 251 and 252 do.

유체 공급 라인(210)은 유체 유출 라인(133)과 연결되며, 담수가 흐른다. 유체 공급 라인(210)은 제1공급 라인(211)과 제2공급 라인(212)을 포함한다. 제1공급 라인(211)과 제2공급 라인(212)은 삼방 밸브(three-way valve, 213)와 연결된다. 담수는 삼방 밸브(213)의 제어로 제1공급 라인(211) 또는 제2공급 라인(212)으로 공급된다.The fluid supply line 210 is connected to the fluid outflow line 133, and fresh water flows. The fluid supply line 210 includes a first supply line 211 and a second supply line 212. The first supply line 211 and the second supply line 212 are connected to a three-way valve 213. Fresh water is supplied to the first supply line 211 or the second supply line 212 under the control of the three-way valve 213.

유체 공급 라인(210)에는 CDI 전극 모듈(220, 230)이 제공된다. CDI 전극 모듈(220, 230)은 담수에 함유된 이온들을 분리한다. CDI 전극 모듈(220, 230)은 탈염 유로(221, 231)와 전극(222, 223, 232, 233)들을 포함한다. 탈염 유로(221, 231)는 유체 공급 라인(211, 212)과 연결되며, 담수가 흐르는 유로를 제공한다. 전극(222, 223, 232, 233)은 탈염 유로(221, 231)를 사이에 두고 나란하게 배치된다. 전극(222, 223, 232, 233)은 비표면적이 넓은 활성탄소전극이 사용된다. 전극(222, 223, 232, 233)들 사이에는 양이온 교환막(미도시)과 음이온 교환막(미도시)이 제공될 수 있다. 양이온 교환막은 음극으로 양이온을 선택적으로 통과시키고, 음이온 교환막은 양극으로 음이온을 선택적으로 통과시킨다. 전극(222, 223, 232, 233)들에 전위가 인가되면 유체에 용존되어 있는 양이온은 음전극의 탄소표면에 흡착되고, 음이온은 양전극의 탄소표면에 흡착되어 초순수가 생성된다. CDI 전극 모듈(220, 230)은 전위를 인가했을 때 전극표면의 전기이중층에서 전기적인 인력에 의한 이온들의 흡착 반응을 이용하기 때문에 낮은 전위(약 1~2V의 직류전원)에서 작동가능하며, 에너지 소비량이 다른 분리 공정에 비해 월등히 낮아 에너지 소모가 적은 장점이 있다. 전극 표면에 이온들이 포화흡착되면 더 이상 이온을 흡착할 수 없어 재생단계을 거치게 된다. 이때 전극(222, 223, 232, 233)을 단락시키거나 역 전위를 인가한다. 재생과정을 통해 활성탄소 전극(222, 223, 232, 233)에 흡착된 이온들이 탈착된다.The fluid supply line 210 is provided with CDI electrode modules 220 and 230. The CDI electrode modules 220 and 230 separate the ions contained in the fresh water. The CDI electrode modules 220 and 230 include desalination flow paths 221 and 231 and electrodes 222 and 223 and 232 and 233. The demineralization flow paths 221 and 231 are connected to the fluid supply lines 211 and 212 to provide a flow path for the fresh water. The electrodes 222, 223, 232, and 233 are disposed side by side with the desalination flow paths 221 and 231 therebetween. As the electrodes 222, 223, 232, and 233, activated carbon electrodes having a large specific surface area are used. A cation exchange membrane (not shown) and an anion exchange membrane (not shown) may be provided between the electrodes 222, 223, 232, and 233. The cation exchange membrane selectively passes cations through the cathode, while the anion exchange membrane selectively passes anions through the anode. When a potential is applied to the electrodes 222, 223, 232, and 233, the cations dissolved in the fluid are adsorbed on the carbon surface of the cathode electrode, and the anions are adsorbed on the carbon surface of the cathode electrode to produce ultrapure water. Since the CDI electrode modules 220 and 230 utilize the adsorption reaction of ions due to electrical attraction in the electric double layer of the electrode surface when a potential is applied, they can operate at a low potential (DC power of about 1 to 2 V) The consumption is much lower than other separation processes, which means that energy consumption is low. When the ions are saturated on the surface of the electrode, ions can not be adsorbed any more, so they are subjected to a regeneration step. At this time, the electrodes 222, 223, 232, and 233 are short-circuited or reverse potential is applied. Ions adsorbed to the activated carbon electrodes 222, 223, 232, and 233 are desorbed through the regeneration process.

실시예에 의하면, CDI 전극 모듈(220, 230)은 제1공급 라인(211)과 제2공급 라인(212) 각각에 제공된다. 어느 하나의 CDI 전극 모듈(220)에서 이온들이 흡착되는 흡착 단계가 진행되는 동안, 다른 하나의 CDI 전극 모듈(230)에서는 재생 단계가 진행될 수 있다. 때문에 초순수 생산 공정은 연속적으로 진행될 수 있다.According to the embodiment, the CDI electrode modules 220 and 230 are provided in the first supply line 211 and the second supply line 212, respectively. During the adsorption step in which the ions are adsorbed by one of the CDI electrode modules 220, the regeneration step may proceed in the other CDI electrode module 230. Therefore, the ultrapure water production process can be continuously performed.

초순수 유출 라인(241, 242)은 CDI 전극 모듈(220, 230)의 탈염 유로(221, 231)와 연결된다. 초순수 유출 라인(241, 242)은 초순수를 저장 탱크(미도시)로 공급하는 유로를 제공한다.The ultrapure water outflow lines 241 and 242 are connected to desalination flow paths 221 and 231 of the CDI electrode modules 220 and 230, respectively. The ultrapure water outflow lines 241 and 242 provide a flow path for supplying ultrapure water to a storage tank (not shown).

배출 라인(251, 252)은 초순수 유출 라인(241, 242)으로부터 분기된다. 배출 라인(251, 252)은 CDI 전극 모듈(220, 230)의 재생 단계에서 배출되는 유체를 외부로 배출한다.The discharge lines 251 and 252 branch off from the ultra-pure water discharge lines 241 and 242. The discharge lines 251 and 252 discharge the fluid discharged in the regeneration step of the CDI electrode modules 220 and 230 to the outside.

상술한 실시예에서 막증류 모듈(220, 230)은 담수를 공급하여 분리막과 직접 접촉하는 DCMD(direct contact membrane distillation) 방식을 예를 들어 설명하였다. 이와 달리, 막증류 모듈(220, 230)은 AGMD(air gap membrane distillation) 방식, SGMD(sweep gas membrane distillation) 방식, MGMD (Material gap membrane distillation) 방식, 또는 VMD(vacuum membrane distillation) 방식이 제공될 수 있다.
In the above-described embodiment, the membrane distillation modules 220 and 230 have been exemplified by direct contact membrane distillation (DCMD) method in which fresh water is supplied to directly contact the separation membrane. Alternatively, the membrane distillation modules 220 and 230 may be provided with an air gap membrane distillation (AGMD) method, a sweep gas membrane distillation (SGMD) method, a material gap membrane distillation (MGMD) method, or a vacuum membrane distillation .

도 2는 DCMD, AGMD, MGMD 방식의 막증류 모듈이 적용된 초순수 생산 시스템을 나타내는 도면이다.2 is a view showing an ultrapure water production system to which a membrane distillation module of DCMD, AGMD and MGMD type is applied.

도 2를 참조하면, 막증류 모듈(120)의 제2유로(122)에는 유체 공급 라인(132)을 통해 공기(air)가 공급된다. 유체 유출 라인(133)에는 응축기(136)가 설치되며, 응축기(136)는 진공 펌프(137)와 연결된다.Referring to FIG. 2, air is supplied to the second flow path 122 of the membrane distillation module 120 through a fluid supply line 132. The fluid outflow line 133 is provided with a condenser 136 and the condenser 136 is connected with a vacuum pump 137.

제1유로(121)로부터 분리막(123)의 기공을 통과하여 제2유로(122)측으로 분리된 증기는 공기와 혼합된다. 진공 펌프(137)의 압력에 의해 증기가 포함된 공기는 유체 유출 라인(133)을 따라 응축기(136)에 공급된다. 증기는 응축기(136)에서 담수로 응축된다. 담수는 유체 공급 라인(210)을 통해 CDI 전극 모듈(220, 230)에 공급된다.
The steam passing through the pores of the separation membrane 123 from the first flow path 121 and separated toward the second flow path 122 is mixed with air. The vapor-containing air is supplied to the condenser 136 along the fluid outflow line 133 by the pressure of the vacuum pump 137. The vapor is condensed into fresh water from the condenser (136). The fresh water is supplied to the CDI electrode modules 220 and 230 through the fluid supply line 210.

도 3은 VMD 방식의 막증류 모듈이 적용된 초순수 생산 시스템을 나타내는 도면이다.3 is a view showing an ultrapure water production system to which a membrane distillation module of the VMD type is applied.

도 3을 참조하면, 막증류 모듈(120)의 제2유로 유입단(122a)은 막히고, 유출단(122b)은 유체 유출 라인(133)과 연결된다. 유체 유출 라인(133)에는 응축기(136)가 설치되며, 응축기(136)는 진공 펌프(137)와 연결된다. 진공 펌프(137)의 진공압은 유체 유출 라인(133)을 통해 제2유로(122)에 전달되며, 제1유로(121)측으로부터 증기가 분리막(123)을 통과하여 제2유로(122)로 분리된다. 증기는 유체 유출 라인(133)을 통해 응축기(136)로 공급되어 담수로 응축된다. 담수는 유체 공급 라인(210)을 통해 CDI 전극 모듈(220, 230)에 공급된다.
Referring to FIG. 3, the second flow inlet 122a of the membrane distillation module 120 is plugged and the outlet 122b is connected to the fluid outlet line 133. The fluid outflow line 133 is provided with a condenser 136 and the condenser 136 is connected with a vacuum pump 137. Vacuum pressure of the vacuum pump 137 is transferred to the second flow path 122 through the fluid outflow line 133. Steam flows from the first flow path 121 side to the second flow path 122 through the separation membrane 123, . The steam is supplied to the condenser 136 via the fluid outlet line 133 and condensed into fresh water. The fresh water is supplied to the CDI electrode modules 220 and 230 through the fluid supply line 210.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 생산 장치를 나타내는 도면이다.4 is a view showing an energy production apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 에너지 생산 장치(1000)는 해수를 고농도 처리하고, 고농도 해수와 유입수의 농도차에 의해 발생한 삼투압이 수압의 형태로 바뀌고, 이 수압을 이용하여 에너지를 얻는다. 에너지 생산 장치(1000)는 고농도 해수 생산 유닛(1100)과 에너지 생산 유닛(1200)을 포함한다. 고농도 해수 생산 유닛(1100)은 해수로부터 담수를 분리하여 고농도 해수를 생산하고, 에너지 생산 유닛(1200)은 고농도 해수와 유입수의 농도차에 의해 발생한 삼투압을 수압을 형태로 바꾸고, 이 수압을 이용하여 에너지를 얻는다.Referring to FIG. 4, the energy production apparatus 1000 treats seawater at a high concentration, and the osmotic pressure generated by the concentration difference between the high-concentration seawater and the influent water is converted into the form of water pressure, and energy is obtained by using this water pressure. The energy production apparatus 1000 includes a high concentration seawater production unit 1100 and an energy production unit 1200. The high-concentration seawater production unit 1100 separates the fresh water from seawater to produce high-concentration seawater. The energy production unit 1200 converts the osmotic pressure generated by the concentration difference between the high-concentration seawater and the influent water into a water pressure, Get energy.

고농도 해수 생산 유닛(1100)은 해수 공급 라인(1111), 순환 펌프(1112), 제1열 교환기(1113), 막증류 모듈(1120), 유출 라인(1131), 응축기(1132), 진공 펌프(1133), 고농도 해수 유출 라인(1134), 제2열 교환기(1135), 버퍼 탱크(1136), 회수 라인(1137), 순환 펌프(1138), 그리고 제3열 교환기(1139)를 포함한다.The high concentration seawater production unit 1100 includes a seawater supply line 1111, a circulation pump 1112, a first heat exchanger 1113, a membrane distillation module 1120, an outflow line 1131, a condenser 1132, 1133, a high concentration seawater discharge line 1134, a second heat exchanger 1135, a buffer tank 1136, a recovery line 1137, a circulation pump 1138, and a third heat exchanger 1139.

해수 공급 라인(1111)은 일단이 막증류 모듈(1120)의 제1유로(1121)와 연결되고, 해수를 공급한다. 해수 공급 라인(1111)에는 순환 펌프(1112)와 제1열 교환기(1113)가 제공된다. 순환 펌프(1112)는 해수를 제1유로(1121)로 송액하는 압력을 인가하고, 제1열 교환기(1113)는 해수를 가열한다. One end of the sea water supply line 1111 is connected to the first flow path 1121 of the membrane distillation module 1120 and supplies seawater. The seawater supply line 1111 is provided with a circulation pump 1112 and a first heat exchanger 1113. The circulation pump 1112 applies pressure to feed the seawater to the first flow path 1121, and the first heat exchanger 1113 heats the seawater.

막증류 모듈(1120)은 해수로부터 담수를 분리하여 고농도 해수를 생산한다. 막증류 모듈(1120)은 상술한 DCMD 방식, AGMD 방식, 그리고 VMD 방식 중 하나가 제공될 수 있다. 실시예에 의하면, 막증류 모듈(1120)은 VMD 방식이 제공된다. 막증류 모듈(1120)은 제1유로(1121)와 제2유로(1122)가 분리막(1123)에 의해 구획된다. 제1유로(1121)에는 가열된 해수가 흐른다. 분리막(1123)의 경계면에서 해수로부터 수분이 증발하고, 발생된 수증기는 분압 차이에 의해 분리막(1123)을 통과하여 제2유로(1122)측으로 분리된다.The membrane distillation module 1120 separates fresh water from seawater to produce high concentration seawater. The membrane distillation module 1120 may be provided with one of the DCMD method, the AGMD method, and the VMD method described above. According to an embodiment, the membrane distillation module 1120 is provided with a VMD scheme. In the membrane distillation module 1120, the first flow path 1121 and the second flow path 1122 are partitioned by the separation membrane 1123. Heated seawater flows through the first flow path 1121. Moisture is evaporated from the seawater at the interface of the separation membrane 1123 and the generated water vapor is separated to the second flow path 1122 side through the separation membrane 1123 by the partial pressure difference.

막증류 모듈(1120)은 복수 개 제공되며, 모두 동일한 구성을 갖는다. 막증류 모듈(1120)들은 복수의 그룹(a, b,…n)으로 구분될 수 있다. 동일 그룹(a, b,…n)에는 복수 개의 막증류 모듈(1120)이 포함되며, 각 그룹(a, b,…n)에 포함된 막증류 모듈(1120)의 개수는 동일하다. 실시예에 의하면, 막증류 모듈(1120)은 제1그룹(a), 제2그룹(b),…, 그리고 제n그룹(n)을 가진다. n은 자연수이다.A plurality of membrane distillation modules 1120 are provided, all having the same configuration. Membrane distillation modules 1120 can be divided into a plurality of groups (a, b, ... n). The same group (a, b, ... n) includes a plurality of membrane distillation modules 1120 and the number of membrane distillation modules 1120 included in each group (a, b, ... n) is the same. According to an embodiment, the membrane distillation module 1120 comprises a first group (a), a second group (b), ... , And an nth group (n). n is a natural number.

제1그룹(a)에 속한 막증류 모듈(1120a)들은 제1유로들의 유입구가 해수 공급 라인(1111)에 의해 병렬 연결된다. The membrane distillation modules 1120a belonging to the first group (a) are connected in parallel by the seawater supply line 1111 with the inlets of the first flow paths.

제1그룹(a)에 속한 막증류 모듈(1120a)들은 제1유로들의 유출구가 연결 라인(1124a)들을 통해 제2그룹(b)에 속한 막증류 모듈(1120b)들의 제1유로 유입구와 일대일 연결된다. 그리고, 제2그룹(b)에 속한 막증류 모듈(1120b)들은 제1유로들의 유출구가 연결 라인(1124b)들을 통해 제3그룹(미도시)에 속한 막증류 모듈들의 제1유로 유입구와 일대일 연결된다.The membrane distillation modules 1120a belonging to the first group (a) are arranged such that the outlets of the first flow paths are connected one-to-one with the first flow inlets of the membrane distillation modules 1120b belonging to the second group (b) through the connection lines 1124a do. The membrane distillation modules 1120b belonging to the second group (b) are arranged such that the outlets of the first flow paths are connected one-to-one with the first flow inlets of the membrane distillation modules belonging to the third group (not shown) through the connection lines 1124b do.

이러한 방식으로 제n-1그룹(미도시)에 속한 막증류 모듈들은 제1유로들의 유출구가 연결 라인(1124n)들을 통해 제n그룹(n)에 속한 막증류 모듈(1120n)들의 제1유로 유입구와 일대일 연결된다.In this way, the membrane distillation modules belonging to the n-1 group (not shown) are arranged such that the outlets of the first flow paths are connected to the first flow inlet of the membrane distillation modules 1120n belonging to the nth group (n) .

상술한 구조에 의해, 각 그룹(a, b,…n)에 속한 막증류 모듈(1120a,…, 1120n)들의 제1유로들은 전방 및/또는 후방에 위치하는 그룹에 속한 막증류 모듈들의 제1유로와 직렬 연결된다.With the above-described structure, the first flow paths of the membrane distillation modules 1120a, ..., 1120n belonging to each group (a, b, ... n) are arranged in the first and / It is connected in series with the Euro.

해수는 직렬 연결된 막증류 모듈(1120a,…, 1120n)들의 제1유로(1121)를 순차적으로 통과하는 과정에서, 담수를 제2유로(1122)측으로 빼앗기며 농도가 점차 증가한다.In the process of sequentially passing the first flow path 1121 of the series connected membrane distillation modules 1120a, ..., 1120n, the seawater is taken to the second flow path 1122 side, and the concentration gradually increases.

동일 그룹에 속한 막증류 모듈(1120)들은 유출 라인(1131)에 의해 제2유로(1122)들이 병렬 연결된다. 유출 라인(1131)은 그룹(a, b,…n)들 각각에 제공된다. 유출 라인(1131)에는 응축기(1132)와 진공 펌프(1133)가 제공된다. 제2유로(1122)측으로 분리된 수증기는 진공 펌프(1133)의 구동으로 유출 라인(1131)을 통해 유출된다. 유출되는 수증기는 응축기(1132)에서 담수로 응축된다.Membrane distillation modules 1120 belonging to the same group are connected in parallel with the second flow paths 1122 by the outflow line 1131. The outflow line 1131 is provided in each of the groups a, b, ... n. The outlet line 1131 is provided with a condenser 1132 and a vacuum pump 1133. The water vapor separated toward the second flow path 1122 flows out through the outflow line 1131 by driving the vacuum pump 1133. The effluent water vapor condenses into fresh water from the condenser 1132.

제n그룹(n)에 속한 막증류 모듈(1120n)들은 제1유로의 유출구가 고농도 해수 유출 라인(1134)에 의해 병렬 연결된다. 제n그룹(n)에 속한 막증류 모듈(1120n)들의 제1유로에서 유출된 고농도 해수는 고농도 해수 유출 라인(1134)에서 모아진다.The membrane distillation modules 1120n belonging to the nth group (n) are connected in parallel by the high concentration seawater discharge line 1134 with the outlet of the first flow path. The high concentration seawater flowing out of the first flow path of the membrane distillation modules 1120n belonging to the nth group (n) is collected in the high concentration seawater discharge line 1134.

고농도 해수 유출 라인(1134)에는 제2열 교환기(1135)와 버퍼 탱크(1136)가 설치된다. 제2열 교환기(1135)는 고농도 해수를 냉각하고, 버퍼 탱크(1136)는 냉각된 고농도 해수를 일시적으로 저장한다.A second heat exchanger 1135 and a buffer tank 1136 are installed in the high concentration sea water outflow line 1134. The second heat exchanger 1135 cools the high concentration seawater, and the buffer tank 1136 temporarily stores the cooled high concentration seawater.

제1열 교환기(1113)와 막증류 모듈(1120)들 사이 구간에서 해수 공급 라인(1111)에는, 그리고 막증류 모듈(1120)들과 제2열 교환기(1135) 사이 구간에서 고농도 해수 유출 라인(1134)에는 삼방 밸브(three-way valve, 1141, 1142)가 각각 설치된다. 회수 라인(1137)은 일단이 제1삼방 밸브(1141)와 연결되고, 타단이 제2삼방 밸브(1142)와 연결된다. 회수 라인(1137)에는 순환 펌프(1138)와 열 교환기(1139)가 설치된다. 순환 펌프(1138)는 고농도 해수 유출 라인(1134)으로부터 해수 공급 라인(1111)측으로 고농도 해수를 순환시킨다. 열 교환기(1139)는 회수 라인(1137)을 통해 공급되는 고농도 해수를 가열한다. Concentration seawater outflow line 1121 in the interval between the first heat exchanger 1113 and the membrane distillation module 1120 and in the interval between the membrane distillation modules 1120 and the second heat exchanger 1135 And three-way valves 1141 and 1142 are respectively installed in the two-way valves 1134 and 1134, respectively. One end of the recovery line 1137 is connected to the first three-way valve 1141 and the other end is connected to the second three-way valve 1142. The recovery line 1137 is provided with a circulation pump 1138 and a heat exchanger 1139. The circulation pump 1138 circulates the high-concentration seawater to the seawater supply line 1111 side from the high-concentration seawater discharge line 1134. The heat exchanger 1139 heats the high concentration seawater supplied through the recovery line 1137.

제1 및 제2삼방 밸브(1141, 1142)의 개폐 조절로, 제n그룹(n)의 막증류 모듈(1120n)들에서 유출된 고농도 해수는 회수 라인(1137)을 통해 회수된 후 제1그룹(a)의 막증류 모듈(1120a)들로 유입된다. 해수는 직렬 연결된 막증류 모듈(1120a,…, 1120n)들을 순차적으로 통과하며 농도가 짙어가는 농축과정과 회수 라인(1137)을 통한 회수 과정이 순차적으로 반복되면서 농도가 점차 짙어간다. 이러한 과정을 통해 고농도 해수를 얻을 수 있다.The high concentration seawater discharged from the membrane distillation modules 1120n of the nth group (n) by the opening and closing of the first and second three-way valves 1141 and 1142 is recovered through the recovery line 1137, (a) to the membrane distillation modules 1120a. The seawater sequentially passes through the series-connected membrane distillation modules 1120a, ..., 1120n, and the concentration gradually increases as the concentration is increased and the recovery process is repeated through the collection line 1137 in sequence. Through this process, high concentration of seawater can be obtained.

에너지 생산 유닛(1200)은 고농도 해수 공급 라인(1211), 순환 펌프(1212), 고압 펌프(1213), 압력지연삼투 모듈(Pressure Retarded Osmosis, PRO, 1220), 해수 유출 라인(1231), 터빈(1232), 담수 공급 라인(1233), 담수 유출 라인(1234), 압력 교환 라인(1235), 순환 펌프(1236), 압력 교환기(1237)을 포함한다.The energy production unit 1200 includes a high concentration seawater supply line 1211, a circulation pump 1212, a high pressure pump 1213, a pressure retarded osmosis (PRO) 1220, a seawater discharge line 1231, a turbine 1232, a fresh water supply line 1233, a fresh water outflow line 1234, a pressure exchange line 1235, a circulation pump 1236, and a pressure exchanger 1237.

고농도 해수 공급 라인(1211)은 버퍼 탱크(1136)와 압력지연삼투 모듈(1220)의 유도 유로(1221)를 연결하며, 고농도 해수를 공급한다. 고농도 해수 공급 라인(1211)에는 순환 펌프(1212)와 고압 펌프(1213)가 제공된다. 순환 펌프(1212)는 압력지연삼투 모듈 (1220)측으로 고농도 해수를 순환시키고, 고압 펌프(1213)는 고농도 해수 공급 라인(1211)을 통해 공급되는 고농도 해수를 고압으로 만든다.The high concentration seawater supply line 1211 connects the buffer tank 1136 and the induction passage 1221 of the pressure delayed osmosis module 1220 and supplies the high concentration seawater. The high-concentration seawater supply line 1211 is provided with a circulation pump 1212 and a high-pressure pump 1213. The circulation pump 1212 circulates the high concentration seawater to the pressure delay osmosis module 1220 side and the high pressure pump 1213 makes the high concentration seawater supplied through the high concentration seawater supply line 1211 to high pressure.

압력지연삼투 모듈(1220)은 유도 유로(1221), 공급 유로(1222), 그리고 반투과막(1223)을 가진다. 유도 유로(1221)는 고농도 해수 공급 라인(1211)과 해수 유출 라인(1231)과 연결되며, 고압 및 고농도 해수가 흐른다. 공급 유로(1222)는 담수 공급 라인(1233)과 담수 유출 라인(1234)과 연결되며, 담수가 흐른다. 반투과막(1223)은 유도 유로(1221)와 공급 유로(1222)를 구획한다. 공급 유로(1222)를 흐르는 담수는 고압 및 고농도 해수와의 농도차에 의해 반투과막(1223)을 통과하여 유도 유로(1221)로 투과되며, 이로 인해 유도 유로(1221)를 흐르는 고압 및 고농도 해수의 유량이 증가한다. The pressure-delayed osmosis module 1220 has an induction passage 1221, a supply passage 1222, and a transflective film 1223. The induction passage 1221 is connected to the high concentration seawater supply line 1211 and the seawater discharge line 1231, and high pressure and high concentration seawater flows. The supply passage 1222 is connected to the fresh water supply line 1233 and the fresh water outflow line 1234, and fresh water flows. The semi-permeable membrane 1223 separates the induction passage 1221 and the supply passage 1222. The fresh water flowing through the supply passage 1222 passes through the semi-permeable membrane 1223 to the induction passage 1221 due to the difference in concentration between the high pressure and the high concentration seawater, The flow rate of the gas is increased.

해수 유출 라인(1231)은 유도 유로(1221)와 연결되며, 유량이 증가한 고압 및 고농도 해수가 흐른다. 해수 유출 라인(1231)에는 터빈(1232)이 제공된다. 유량이 증가한 고압 및 고농도 해수는 터빈(1232)을 회전시켜 에너지를 생산한다.The seawater discharge line 1231 is connected to the induction passage 1221, and high-pressure and high-concentration seawater having an increased flow rate flows. The seawater outlet line 1231 is provided with a turbine 1232. High-pressure and high-concentration seawater with increased flow produces energy by rotating the turbine 1232.

압력 교환 라인(1235)은 일단이 압력지연삼투 모듈(1220)과 터빈(1232) 사이구간에서 해수 유출 라인(1231)과 연결되고, 타단이 터빈(1232)의 후방에서 해수 유출 라인(1231)과 연결된다. 해수 유출 라인(1231)을 통해 흐르는 고압 및 고농도 해수는 일부가 압력 교환 라인(1235)으로 유입된다.The pressure exchange line 1235 is connected at one end to the seawater outlet line 1231 at a section between the pressure delay osmosis module 1220 and the turbine 1232 and at the other end to the seawater outlet line 1231 at the rear of the turbine 1232 . The high-pressure and high-concentration seawater flowing through the seawater outlet line 1231 partially flows into the pressure-exchange line 1235.

압력 교환기(1237)는 고농도 해수 공급 라인(1211)을 흐르는 고농도 해수와 압력 교환 라인(1235)을 흐르는 고압 및 고농도 해수 간에 압력을 교환한다. 압력 교환 라인(1235)을 흐르는 고압의 해수 압력이 고농도 해수 공급 라인(1211)을 흐르는 해수에 전달된다. 압력 교환 라인(1235)을 흐르는 해수는 압력 교환으로 압력이 낮아진 후, 해수 유출 라인(1231)으로 다시 유입된다. 고농도 해수 공급 라인(1211)을 흐르는 고농도 해수는 압력 교환으로 압력이 상승하고, 고압 및 고농도 해수로 유도 유로(1221)에 공급된다. 이와 같이, 압력 교환 라인(1235)을 흐르는 해수와 해수 공급 라인(1211)을 흐르는 해수간의 압력 교환으로 유도 유로(1221)에는 항상 고압 및 고농도 해수가 공급될 수 있다. 때문에 고압 펌프(1213)는 고농도 해수가 고압 및 고농도 해수로 압력이 증가된 후, 계속적인 구동이 요구되지 않는다. 이는 고압 펌프(1213)의 구동으로 인한 에너지 소비를 절감한다.
The pressure exchanger 1237 exchanges pressure between high-concentration seawater flowing through the high-concentration seawater supply line 1211 and high-pressure and high-concentration seawater flowing through the pressure exchange line 1235. The high pressure seawater pressure flowing through the pressure exchange line 1235 is transmitted to the seawater flowing through the high concentration seawater supply line 1211. The seawater flowing through the pressure exchange line 1235 is returned to the seawater outlet line 1231 after the pressure is lowered by the pressure exchange. The high-concentration seawater flowing through the high-concentration seawater supply line 1211 rises in pressure due to pressure exchange and is supplied to the induction passage 1221 with high-pressure and high-concentration seawater. In this manner, high pressure and high concentration seawater can always be supplied to the induction passage 1221 by pressure exchange between seawater flowing through the pressure exchange line 1235 and seawater flowing through the seawater supply line 1211. The high pressure pump 1213 does not require continuous driving after the pressure of the high concentration seawater is increased to the high pressure and high concentration seawater. This saves energy consumption due to driving of the high-pressure pump 1213.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초순수 생산 유닛을 포함하는 에너지 생산 장치를 나타내는 도면이다.5 is a view illustrating an energy production apparatus including an ultrapure water production unit according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 에너지 생산 장치(1000a)는 고농도 해수 생산 유닛(1100)과 에너지 생산 유닛(1200), 그리고 초순수 생산 유닛(1300)을 포함한다. 고농도 해수 생산 유닛(1100)과 에너지 생산 유닛(1200)은 도 4와 동일한 구조로 제공되므로, 상세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 5, the energy production apparatus 1000a includes a high-concentration seawater production unit 1100, an energy production unit 1200, and an ultrapure water production unit 1300. The high-concentration seawater production unit 1100 and the energy production unit 1200 are provided in the same structure as that of FIG. 4, and a detailed description thereof will be omitted.

초순수 생산 유닛(1300)은 해수 생산 유닛(1100)에서 생산된 담수를 이용하여 초순수를 생산한다. 초순수 생산 유닛(1300)은 막증류 모듈(1120)의 그룹(a, b,…, n)들 각각에 연결되며, 각 그룹(a, b,…, n)들에서 생산된 담수로부터 초순수를 생산한다. 이하에서는 제1그룹(a)의 막증류 모듈(1120a)과 연결된 초순수 생산 유닛(1300)을 예를 들어 설명한다. The ultrapure water producing unit 1300 produces ultrapure water by using the fresh water produced in the sea water producing unit 1100. The ultrapure water production unit 1300 is connected to each of the groups a, b, ..., n of the membrane distillation module 1120 and produces ultrapure water from fresh water produced in each group a, b, ..., do. Hereinafter, the ultrapure water producing unit 1300 connected to the membrane distillation module 1120a of the first group (a) will be described as an example.

초순수 생산 유닛(1300)은 담수 공급 라인(1311), CDI 전극 모듈(1320, 1330), 초순수 유출 라인(1312, 1313), 그리고 배출 라인(1315, 1316)을 포함한다.The ultrapure water producing unit 1300 includes a fresh water supply line 1311, CDI electrode modules 1320 and 1330, ultrapure water outflow lines 1312 and 1313, and discharge lines 1315 and 1316.

담수 공급 라인(1311)은 고농도 해수 생산 유닛(1100)의 응축기(1132)와 연결되며, 응축기(1132)에서 응축된 담수가 흐른다.The fresh water supply line 1311 is connected to the condenser 1132 of the high concentration seawater production unit 1100 and condensed fresh water flows in the condenser 1132.

CDI 전극 모듈(1320, 1330)은 담수 공급 라인(1311)과 연결된다. CDI 전극 모듈(1320, 1330)은 도 1의 CDI 전극 모듈과 동일하게 제공되므로 상세한 설명은 생략한다. 담수는 CDI 전극 모듈(1320, 1330)의 유로를 통과하는 동안 이온들이 제거되어 초순수 상태가 된다. 초순수는 초순수 유출 라인(1312, 1313)을 통해 저장 탱크(미도시)로 공급된다. 한편, CDI 전극 모듈(1320, 1330)의 재생 단계에서, 담수는 배출 라인(1315, 1316)을 통해 외부로 배출된다.The CDI electrode modules 1320 and 1330 are connected to the fresh water supply line 1311. The CDI electrode modules 1320 and 1330 are provided in the same manner as the CDI electrode module of FIG. 1, and thus detailed description thereof will be omitted. While the fresh water passes through the channel of the CDI electrode modules 1320 and 1330, the ions are removed to be in an ultra pure water state. The ultrapure water is supplied to the storage tank (not shown) through the ultrapure water outflow lines 1312 and 1313. Meanwhile, in the regeneration step of the CDI electrode modules 1320 and 1330, the fresh water is discharged to the outside through the discharge lines 1315 and 1316.

상술한 초순수 생산 유닛을 포함하는 에너지 생산 장치는 해수를 이용하여 에너지 발전 뿐만 아니라, 에너지 생산 과정에서 발생한 담수로부터 초순수를 생산할 수 있다.
The energy production apparatus including the ultrapure water production unit can produce ultrapure water from fresh water generated in the energy production process as well as energy generation using seawater.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초순수 생산 유닛을 포함하는 에너지 생산 장치를 간략하게 나타내는 도면이다.6 is a view schematically showing an energy production apparatus including an ultrapure water production unit according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 에너지 생산 장치(2000)는 초순수 생산 유닛(2100)과 에너지 생산 유닛(2200)을 포함한다. 초순수 생산 유닛(2100)은 도 1 내지 도 3 중 어느 하나의 초순수 생산 시스템이 제공될 수 있다. 에너지 생산 유닛(2200)은 도 4 또는 도 5의 에너지 생산 장치가 제공될 수 있다.Referring to FIG. 6, the energy production apparatus 2000 includes an ultrapure water production unit 2100 and an energy production unit 2200. The ultrapure water producing unit 2100 may be provided with the ultrapure water producing system of any one of FIGS. The energy production unit 2200 may be provided with the energy production apparatus of FIG. 4 or 5.

일 예에 의하여, 에너지 생산 장치(2000)는 도 1의 초순수 생산 장치와 도 4의 에너지 생산 장치가 결합된 구성을 예를 들어 설명한다. According to one example, the energy production apparatus 2000 exemplifies a configuration in which the ultrapure water production apparatus of FIG. 1 and the energy production apparatus of FIG. 4 are combined.

도 7을 참조하면, 초순수 생산 유닛(2100)의 원수 유출 라인(131)과 에너지 생산 유닛(2200)의 해수 공급 라인(1111)은 서로 연결되며, 막증류 모듈(120)의 제1라인(121)에서 유출된 고농도 해수는 해수 공급 라인(1111)으로 공급된다.7, the raw water outflow line 131 of the ultrapure water producing unit 2100 and the seawater supply line 1111 of the energy producing unit 2200 are connected to each other, and the first line 121 of the membrane distillation module 120 Is supplied to the sea water supply line 1111.

상술한 에너지 생산 장치는 초순수 생산 유닛(2100)에서 초순수를 생산하는 과정에서 발생한 고농도 해수를 에너지 생산 유닛(2200)에 공급하여 에너지 생산에 사용한다.
The above-described energy production apparatus supplies the high-concentration seawater generated in the process of producing ultrapure water in the ultrapure water production unit 2100 to the energy production unit 2200 for use in energy production.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

10: 초순수 생산 시스템 100: 담수 생산 유닛
200: 초순수 생산 유닛 111: 원수 공급 라인
112: 열교환기 20: 막증류 모듈
131: 원수 유출 라인 132: 유체 공급 라인
133: 유체 유출 라인 113, 134, 134: 순환 펌프
1100: 고농도 해수 생산 유닛 1111: 해수 공급 라인
1112: 순환 펌프 1113: 제1열 교환기
1120: 막증류 모듈 1131: 유출 라인
1132: 응축기 1133: 진공펌프
1134: 고농도 해수 유출 라인 1135: 제2열 교환기
1136: 버퍼 탱크 1137: 회수 라인
1138: 순환 펌프 1139: 제3열 교환기
1200: 에너지 생산 유닛 1211: 고농도 해수 공급 라인
1212: 순환 펌프 1213: 고압 펌프
1220: 압력지연삼투 모듈 1231: 해수 유출 라인
1232: 터빈 1233: 담수 공급 라인
1234: 담수 유출 라인 1235: 압력 교환 라인
1236: 순환 펌프 1237: 압력 교환기10: ultrapure water production system 100: fresh water production unit
200: ultrapure water producing unit 111: raw water supply line
112: heat exchanger 20: membrane distillation module
131: raw water outflow line 132: fluid supply line
133: fluid outflow lines 113, 134, 134: circulation pump
1100: High concentration seawater production unit 1111: Seawater supply line
1112: circulation pump 1113: first heat exchanger
1120: membrane distillation module 1131: outlet line
1132: condenser 1133: vacuum pump
1134: High concentration sea water spill line 1135: Second heat exchanger
1136: Buffer tank 1137: Recovery line
1138: Circulation pump 1139: Third heat exchanger
1200: Energy production unit 1211: High concentration sea water supply line
1212: circulation pump 1213: high pressure pump
1220: Pressure Delay Osmosis Module 1231: Seawater outflow line
1232: Turbine 1233: fresh water supply line
1234: Freshwater outflow line 1235: Pressure exchange line
1236: Circulating pump 1237: Pressure exchanger

Claims

A plurality of membrane distillation modules in which a first flow path and a second flow path are partitioned by a separation membrane and steam generated in raw water flowing through the first flow path is separated by the vapor pressure difference through the separation membrane and into the second flow path side;
An energy production unit for circulating high-concentration raw water discharged from the first flow path of the membrane distillation modules to produce energy; And
A plurality of CDI electrode modules connected to the second flow path of the membrane distillation modules and having electrodes for separating ions contained in a fluid flowing through the desalination flow path and a desalting flow path through which the fluid flowing out of the second flow path passes, Including,
Wherein the first flow paths of the membrane distillation modules are connected in series, and the raw water gradually increases in concentration while passing through the first flow paths sequentially.

The method according to claim 1,
Wherein the membrane distillation module is provided by any one of a DCMD method, an AGMD method, a VMD method, an SGMD method, and an MGMD method.

The method according to claim 1,
Wherein at least two CDI electrode modules are arranged in parallel in the second flow path,
Wherein the regeneration step of desorbing ions adsorbed on the electrodes of the other CDI electrode module is performed while the adsorption step of adsorbing ions on the electrodes of one CDI electrode module proceeds.

The method according to claim 1,
The energy production unit
Permeate membrane is partitioned into a semi-permeable membrane by which the fresh water flows through the semi-permeable membrane and is permeated to the side of the induction channel by the osmotic pressure difference, Pressure delayed osmosis module;
A high-concentration seawater supply line for supplying the high-concentration raw water through the first flow paths to the induction passage;
A pressure pump installed in the high concentration seawater supply line and increasing the pressure of the high concentration raw water;
A seawater discharge line for supplying high-pressure and high-concentration raw water discharged from the induction passage to the turbine; And
Further comprising a pressure exchange line branched from the seawater discharge line and through which a part of the high pressure and high concentration raw water flows,
And pressure exchange is performed between the high-pressure and high-concentration raw water flowing through the pressure exchange line and the high-concentration raw water flowing through the high-concentration seawater supply line.