KR102164857B1

KR102164857B1 - 막 증류 장치

Info

Publication number: KR102164857B1
Application number: KR1020167005200A
Authority: KR
Inventors: 아포 사스크
Original assignee: 에이비 스캐럽 디벨롭먼트
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2020-10-13
Anticipated expiration: 2034-08-06
Also published as: SE1350939A1; JP2016529101A; EP3030342B1; KR20160040244A; WO2015020597A1; US9861936B2; EP3030342A1; RU2664061C2; CN105555392B; CN105555392A; SE537249C2; US20160158702A1; EP3030342A4; ES2717773T3; RU2016101649A; JP6410821B2

Abstract

본 발명은 순수 물을 제조하기 위한 장치에 관한 것으로서, 여기서, 정수되어야 하는 물은 하나 또는 그 이상의 유닛(1)을 이용하여 막 증류되고, 각각의 유닛들은 한쪽에서는 디스크-형태의 제1 벽(4, 4')을 포함하며 다른 쪽에서는 기체 상태의 물은 통과할 수 있지만 액체 물은 통과할 수 없는 막(3, 3'), 및 디스크-형태의 제2 벽(5, 10)을 포함하는 공간을 포함하는데, 상기 벽들은 막의 서로 다른 쪽에서 막으로부터 일정한 거리에 배열되고, 물은 제1 벽(4, 4')과 막(3, 3') 사이로 유입되어, 제2 벽(5, 10)은 물보다 더 차갑게 된다. 본 발명은 디스크-형태의 제1 벽(4, 4')도 기체 상태의 물은 통과할 수 있지만 액체 물은 통과할 수 없는 막이며, 두 인접한 막(3, 4; 3', 4')은 공통 프레임(6)에 의해 지지되고, 막들 사이의 공간에는 정수되어야 하는 물을 위한 유입구(7, 7')와 배출구(8, 8')가 제공되며, 제2 벽(5, 10)은 2개의 평행 벽들에 의해 형성된 챔버(9)의 일부분이고, 상기 챔버에는 배출구(12, 12')가 제공되고 정수되어야 하는 물보다 더 차가운 물 유입구(11, 11')가 제공되며, 챔버(9, 9')는 프레임(6)의 양쪽에서 막들과 평행하게 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

막 증류 장치{DEVICE FOR MEMBRANE DISTILLATION}

본 발명은 막 증류 장치에 관한 것이다.

지구 도처에서, 깨끗한 물을 대한 접근이 제한된다. 오염원(pollutant)으로부터 물을 정수하기 위한 장치들이 많이 알려져 있다.

이러한 장치 중 한 장치는 막 증류 장치(membrane distillation device)이다. 막 증류(소위, MD)는 물을 정수하기 위한 장치로서 1980년대 이래로 알려져 왔다. 막 증류 장치는 다수의 디스크 형태의 평행(parallel) 막 증류 유닛들을 포함한다. 각각의 유닛은 제1 물-불투과성 디스크, 상기 디스크와 평행한 막 및 막에 평행하게 배열된 제2 물-불투과성 디스크를 포함한다. 물은 오직 기체 형태로만 막을 통과할 수 있는데, 달리 말하면 증기 상태의 물만 통과할 수 있다는 의미이다. 제1 디스크 및 막 사이에, 따뜻한 물이 흐른다. 제2 디스크는 흐르는 물보다 더 차갑다. 차가운 디스크와 물 사이의 온도차로 인해, 물은 증발되어 막을 통과하고 다른 쪽의 차가운 벽에 응축된다. 물의 표면장력은 물이 막을 투과할 수 없기 때문이다. 스웨덴 특허번호 8002233-8호에는, 이러한 막 증류 유닛이 기술되어 있다.

막 증류법은 많은 분야에서 사용될 수 있는데, 막 증류법을 이용하여 순수 물(pure water)을 제외한 모든 비-휘발성 물질(non=volatile substance)은 정수되어야 하는 물 내에 유지될 것이다. 따라서, 응축된 물은 염분, 입자, 박테리아, 바이러스 등이 없을 것이다.

막 증류 장치는 서로 평행하게 배열된 다수의 상기 유닛들로 구성된다. 인접한 유닛들은 외부 프레임에 의해 함께 고정된다.

막이 파열되면(break), 정수되어야 하는 물은 막을 통해 유출되어 정수된 물 안으로 유입된다. 따라서, 파손된 막은 교체해야 한다. 이는 파손된 유닛을 교체하기 위하여 막 증류 장치가 해체된 후, 다시 재조립되어야 한다는 것을 의미한다. 이는 번거롭고 시간이 많이 소요된다.

본 발명은 이러한 문제를 해결한다.

따라서, 본 발명은 순수 물(pure water)을 제조하기 위한 장치에 관한 것으로서, 여기서, 정수되어야 하는 물은 하나 또는 그 이상의 유닛(unit)을 이용하여 막 증류되고, 각각의 유닛들은 한쪽에서는 디스크-형태의 제1 벽을 포함하며 다른 쪽에서는 기체 상태의 물(gaseous water)은 통과할 수 있지만 액체 물(liquid water)은 통과할 수 없는 막(membrane), 및 디스크-형태의 제2 벽을 포함하는 공간(space)을 포함하는데, 상기 벽들은 막의 서로 다른 쪽에서 막으로부터 일정한 거리에 배열되고, 물은 제1 벽과 막 사이로 유입되어, 제2 벽은 물보다 더 차갑게 되며, 디스크-형태의 제1 벽도 기체 상태의 물은 통과할 수 있지만 액체 물은 통과할 수 없는 막이며, 두 인접한 막들은 공통 프레임(common frame)에 의해 지지되고, 막들 사이의 공간에는 정수되어야 하는 물을 위한 유입구(inlet opening)와 배출구(outlet opening)가 제공되며, 제2 벽은 2개의 평행 벽들에 의해 형성된 챔버(chamber)의 일부분이고, 상기 챔버에는 배출구가 제공되고 정수되어야 하는 물보다 더 차가운 물 유입구가 제공되며, 챔버는 프레임의 양쪽에서 막들과 평행하게 배열되는 것을 특징으로 한다.

밑에서, 본 발명은 첨부된 도면들에서 예시된 본 발명의 실시예에 관해 보다 상세하게 기술되는데, 여기서:
- 도 1은 본 발명에 따른 막 증류 장치를 예시한 도면;
- 도 2는 막 유닛(membrane unit)의 평면도이다.

도 1에서, 순수 물(pure water)을 제조하기 위한 장치가 도시되는데, 여기서, 정수되어야 하는 물은 하나 또는 그 이상의 유닛(1)을 이용하여 막 증류되고, 각각의 유닛들은 한쪽에서는 디스크-형태의 제1 벽(4)을 포함하며 다른 쪽에서는 기체 상태의 물(gaseous water)은 통과할 수 있지만 액체 물(liquid water)은 통과할 수 없는 막(3)을 포함할 뿐만 아니라 디스크-형태의 제2 벽(5)을 포함하는 공간(2)을 포함하는데, 상기 벽(4, 5)들은 막(3)의 서로 다른 쪽에서 막(3)으로부터 일정한 거리에 배열되고, 물은 제1 벽(4)과 막(3) 사이로 유입되어, 제2 벽(5)은 물보다 더 차갑게 된다.

본 발명에 따르면, 디스크-형태의 제1 벽(4)도 기체 상태의 물은 통과할 수 있지만 액체 물은 통과할 수 없는 막이다. 막(3, 4)은 공통 프레임(6)에 의해 지지된다. 막(3, 4) 사이의 공간(2)에는 정수되어야 하는 물을 위한 유입구와 물 배출구가 제공된다. 도 1에서, 유입구는 화살표(7)로 표시되고 배출구는 화살표(8)로 예시된다.

도 1에서, 좌측에는 상응하는 유닛이 도시되는데, 똑같은 도면부호들로 표시되지만 이들 도면부호에는 구두점(')이 추가된다. 도 1에 도시된 것과 같이, 막을 포함하는 프레임(6, 6')은 상기 프레임(6, 6') 사이에 공간이 형성되도록 서로로부터 일정한 거리에 떨어져 배열된다.

제2 벽(5)은 2개의 평행 벽(5, 10)들에 의해 형성된 챔버(9)의 일부분이다. 챔버(9)에는 배출구가 제공되고 정수되어야 하는 물보다 더 차가운 몰 유입구가 제공된다. 도 1에서, 유입구는 화살표(11)로 표시되고 배출구는 화살표(12)로 예시된다.

챔버(9)는 프레임(6, 6') 사이의 상기 공간 내에서 막(3, 3')과 평행하게 배열된다.

도 1에서 점선으로 표시된 챔버(15)는 추가적인 챔버 및 막을 가진 추가적인 프레임들이 서로에 대해 교대로 배열될 수 있으며, 이에 따라 막 증류 장치는 복수의 챔버 및 막을 가진 프레임을 포함할 수 있다는 것을 예시한다.

도 1에서 우측에 있는 프레임(6)을 보면, 정수되어야 하는 물이 막(3, 4) 사이로 유입된다. 게다가, 차가운 물이 챔버(9) 내에 유입된다. 따라서, 챔버 벽(10)이 정수되어야 하는 물보다 더 차갑기 때문에, 기체 상태의 물은 막(3)을 통과하여 챔버(10)의 벽 상에 응축된다. 응축된 물은 밑으로 부어지고, 화살표(13)로 표시된 것과 같이, 정수된 물을 위한 수거 통(14) 위로 내려온다. 차가운 물은 냉각될 수 있거나 및/또는 정수되어야 하는 따뜻한 물은 가열될 수 있다.

막들이 두 프레임(6, 6') 사이에 위치되기 때문에, 막(3')을 통과하는 수증기도 도면의 좌측에 도시된 챔버(9)의 벽 위에 응축될 것이다.

챔버(9)는 높은 열전도성을 수득하기 위하여 시트 금속(sheet metal)으로 형성되는 것이 바람직하다. 프레임들은, 각각, 정수되어야 하는 물이 환경에 의해 냉각되는 것을 방지하기 위하여, 플라스틱 재료 또는 낮은 열전도성을 가진 임의의 그 외의 다른 적절한 재료로 형성될 수도 있다.

챔버(9) 및 막이 있는 프레임(6)들은 막 증류 장치 주위에 배열된 프레임(18)에 의해 함께 적절하게 고정된다. 프레임(18)은 프레임(6)의 한쪽에 배열된 챔버(9)와 각각의 프레임(6) 사이에 몇몇 유극(play)이 존재하도록 설계된다. 이 결과로서, 막이 파열되면, 프레임(6)은 물 공급부(water supply)로부터 분리될(released) 수 있으며 챔버(9) 또는 그 외의 다른 챔버들에 영향을 끼치지 않고 막 증류 장치로부터 쉽게 제거될 수 있다.

도 2에서, 막(3, 4) 사이에 있는 공간에 대한 배출구(17)와 유입구(16)가 도시된다. 이에 상응하게, 각각의 챔버에는 각각의 유입구 및 배출구가 제공된다.

각각의 챔버는 개별적으로 수 회로(water circuit)에 연결될 수 있거나 혹은 공통의 수 회로에 대해 평행하게(in parallel) 또는 일렬로(in series) 연결될 수 있다. 또한, 막이 있는 프레임들도 정수되어야 하는 물을 포함하는 수 회로에 개별적으로 연결될 수 있거나 혹은 공통의 수 회로에 대해 평행하게 또는 일렬로 연결될 수 있다.

바람직한 한 실시예에 따르면, 두 막(3, 4)은 프레임(6)에 의해 지지되며, 상기 막들은, 밀폐 공간이 형성되며 유입구(16)와 배출구(17)가 상기 밀폐 공간에 연결되도록 프레임에 결부된다(attached).

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 챔버(9)는 두 평행 벽(5, 10)에 의해 형성되는데, 상기 두 평행 벽들은 밀폐 공간이 형성되며 유입구(11)와 배출구(12)가 상기 밀폐 공간에 연결되도록 주변(periphery)을 따라 서로 결부된다.

추가적인 한 실시예에 따르면, 2개 또는 그 이상의 챔버(9)는 막(3, 4)을 지지하는 프레임(6)의 폭(width)에 상응하는 서로로부터 일정한 거리에서, 서로 평행하게 배열된다.

추가적인 바람직한 한 실시예에 따르면, 막을 가진 프레임(6)은 두 인접한 챔버(9) 사이에 탈착 가능하게 삽입된다(removably inserted).

본 발명이 앞에서 언급한 문제점을 해결하는 것은 자명하다.

지금까지, 다수의 실시예들이 기술되었다. 하지만, 챔버(9)와 막이 있는 프레임(6)들은 본 장치의 기능으로부터 벗어나지 않고도 상이하게 설계될 수도 있다.

Claims

순수 물을 제조하기 위한 장치로서, 정수되어야 하는 물은 복수의 유닛(1)을 이용하여 막 증류되며, 각각의 유닛들은 한쪽에서는 디스크-형태의 제1 벽(4, 4')을 포함하고 다른 쪽에서는 기체 상태의 물은 통과할 수 있지만 액체 물은 통과할 수 없는 막(3, 3'), 및 디스크-형태의 제2 벽(5, 10)을 포함하는 공간을 포함하는데, 상기 벽들은 막의 서로 다른 쪽에서 막으로부터 일정한 거리에 배열되며, 물은 제1 벽(4, 4')과 막(3, 3') 사이로 유입되어, 제2 벽(10, 5)은 물보다 더 차갑게 되고, 디스크-형태의 제1 벽(4, 4')도 기체 상태의 물은 통과할 수 있지만 액체 물은 통과할 수 없는 막이며, 두 인접한 막(3, 4; 3', 4')은 공통 프레임(6)에 의해 지지되고, 막들 사이의 공간에는 정수되어야 하는 물을 위한 유입구(7, 7')와 배출구(8. 8')가 제공되며, 제2 벽(10, 5)은 2개의 평행 벽들에 의해 형성된 챔버(9)의 일부분이고, 상기 챔버에는 배출구(12, 12')가 제공되고 정수되어야 하는 물보다 더 차가운 물 유입구(11, 11')가 제공되며, 챔버(9, 9')는 프레임(6)의 양쪽에서 막들과 평행하게 배열되는, 순수 물을 제조하기 위한 장치에 있어서,
막을 가진 프레임(6)은 두 인접한 챔버(9) 사이에 탈착 가능하게 삽입되는 것을 특징으로 하는 순수 물을 제조하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 두 막(3, 4; 3', 4')은 프레임(6)에 의해 지지되며, 상기 막들은, 밀폐 공간이 형성되며 유입구(7, 7')와 배출구(8, 8')가 상기 밀폐 공간에 연결되도록 프레임에 결부되는(attached) 것을 특징으로 하는 순수 물을 제조하기 위한 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 챔버(9)는 두 평행 벽들에 의해 형성되며, 상기 두 평행 벽들은 밀폐 공간이 형성되고 유입구(11, 11')와 배출구(12, 12')가 상기 밀폐 공간에 연결되도록 주변(periphery)을 따라 서로 결부되는 것을 특징으로 하는 순수 물을 제조하기 위한 장치.
제1항에 있어서, 2개 또는 그 이상의 챔버(9)는 막들을 지지하는 프레임(6)의 폭(width)에 상응하는 서로로부터 일정한 거리에서 서로 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 순수 물을 제조하기 위한 장치.
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