KR102357812B1

KR102357812B1 - 역삼투장치 및 이를 포함하는 해수 담수화 시스템

Info

Publication number: KR102357812B1
Application number: KR1020200067091A
Authority: KR
Inventors: 박용해; 강위관; 안혜련; 이영근
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2022-01-28
Anticipated expiration: 2040-06-03
Also published as: KR20210150120A; US11498860B2; US20210380453A1

Abstract

본 발명의 해수 담수화 시스템용 역삼투장치는, 튜브 내부에 역삼투막이 권취된 역삼투막유닛이 복수개 배열된 배럴; 상기 배럴의 일단부에 구비되고 해수 유입구와 고염수 유출구가 연결되는 유출입부; 상기 유출입부의 내부 공간을 제1스테이지와 제2스테이지로 구획하는 격벽; 및 상기 배럴의 타단부에 구비되고 상기 제1스테이지의 복수의 역삼투막유닛 내부로 유동한 물이 상기 제2스테이지의 복수의 역삼투막유닛 내부로 유입되도록 안내하는 전달공간부를 포함하고, 상기 유출입부로 공급되는 해수의 일부는 상기 배럴 내부의 튜브들 주위로 공급되어 유동하면서 외부 고온으로부터 복수의 역삼투막유닛을 단열하고 상기 전달공간부로 유입된다.

Description

역삼투장치 및 이를 포함하는 해수 담수화 시스템{Reverse osmosis apparatus and seawater desalination system comprising the same}

본 발명은 역삼투장치 및 이를 포함하는 해수 담수화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 해수를 담수화하는 처리시스템은 전처리단계에서 해수를 일정 용량의 저장탱크 내에 저장한 상태에서 이송펌프에 의해 모래 또는 다층 여과기로 보내 1차 불순물을 제거하고, 경우에 따라 활성탄 여과기를 거치게 하여 유기성 불순물을 제거하고 마지막으로 카트리지 여과기, 백 여과기 등을 통과시켜 미세 불순물을 제거한다.

이와 같은 전처리과정을 거친 전처리수는 탈염용 역삼투압 여과장치로 유입되어 담수화된 처리수와 농축수로 분리되며, 농축수는 방류되고, 담수화된 처리수는 후처리단계에서 미네랄화 및 살균 처리되어 최종 처리 저장탱크로 들어가게 된다.

종래의 역삼투압 여과장치는 베셀 내부에 복수의 역삼투막유닛을 삽입하여 배치한 구조로 이루어져 있다. 구체적으로, 역삼투막유닛의 일측으로 유입되는 해수는 역삼투막유닛의 타측으로 유동하는 동안 역삼투에 의해 물이 역삼투막을 통과하여 중심부의 관으로 모여 역삼투막유닛의 타측으로 유출하는 구조였다.

그런데, 종래의 역삼투압 여과장치는 특히 처리 용량을 크게 만들 경우 디자인이 컴팩트하지 않고 에너지 소모율이 높으며 유지관리 비용이 많이 들 뿐만 아니라 운전 및 유지보수도 어려운 문제점이 있다.

또한, 베셀 내부의 역삼투막유닛을 40℃ 이하로 유지하기 위해 종래에는 베셀과 복수의 역삼투막유닛 사이의 공간에 고분자 수지(polymeric resin) 등을 단열재로 배치하였으나, 단열 효과가 충분하지 않아 여전히 안전상의 우려가 있고, 단열재의 제작 비용도 많이 소요되었다.

또한, 베셀 내부에 역삼투막유닛을 삽입할 때 그 외주면에 구비된 O링이 뒤틀려서 베셀 내부로 누설되고 배관 압력이 손실되는 문제점이 있다.

공개특허공보 제10-2017-0140920호

본 발명은 배럴의 유출입부로 공급되는 해수의 일부를 배럴과 복수의 역삼투막유닛 사이의 공간에 채워 유동시킴으로써 역삼투막유닛을 외부의 고온으로부터 단열할 수 있고, 배럴 내부에 배플을 설치하여 해수의 유동 체류 시간을 확보할 수 있으며, 역삼투막유닛 내부로 공급되는 해수는 열에 의해 온도가 높아져서 처리수 생산량을 증가시키고 회수율을 높일 수 있고, 배럴 내부로 유입된 단열 해수는 전달공간부에서 역삼투막유닛을 통과한 고염수와 합쳐져서 유량이 증가되고 희석되어 제2스테이지의 역삼투막유닛으로 유입됨으로써 부하를 적절히 분배할 수 있는 역삼투장치 및 이를 포함하는 해수 담수화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해수 담수화 시스템용 역삼투장치는, 튜브 내부에 역삼투막이 권취된 역삼투막유닛이 복수개 배열된 배럴; 상기 배럴의 일단부에 구비되고 해수 유입구와 고염수 유출구가 연결되는 유출입부; 상기 유출입부의 내부 공간을 제1스테이지와 제2스테이지로 구획하는 격벽; 및 상기 배럴의 타단부에 구비되고 상기 제1스테이지의 복수의 역삼투막유닛 내부로 유동한 물이 상기 제2스테이지의 복수의 역삼투막유닛 내부로 유입되도록 안내하는 전달공간부를 포함하고, 상기 유출입부로 공급되는 해수의 일부는 상기 배럴 내부의 튜브들 주위로 공급되어 유동하면서 외부 고온으로부터 복수의 역삼투막유닛을 단열하고 상기 전달공간부로 유입된다.

상기 복수의 역삼투막유닛은 상기 제1스테이지 공간에 배열되어 상기 유출입부에서 공급되는 해수의 염도를 낮추는 복수의 제1역삼투막유닛과, 상기 제2스테이지 공간에 배열되어 상기 전달공간부에서 공급되는 해수의 염도를 낮추는 복수의 제2역삼투막유닛을 포함할 수 있다.

상기 복수의 제1역삼투막유닛의 일단에 연결되고 상기 유출입부를 통과하여 상기 배럴의 외부로 연결되는 제1처리수배관; 및 상기 복수의 제2역삼투막유닛의 일단에 연결되고 상기 유출입부를 통과하여 상기 배럴의 외부로 연결되는 제2처리수배관을 더 포함할 수 있다.

상기 역삼투막유닛은 원주면에 복수의 관통공이 형성된 튜브 주위에 시트 형태의 역삼투막이 권취된 역삼투막유닛이 복수개 직렬 연결된 튜브 시트 타입으로 형성될 수 있다.

상기 배럴의 중간 내부에 상기 복수의 역삼투막유닛이 삽입되며 일측에 해수가 통과하는 복수의 관통공이 형성된 배플을 더 포함할 수 있다.

상기 역삼투막유닛은 내부에 역삼투막이 구비되는 원통형의 케이스부와, 상기 케이스부의 일단부에 결합되고 중심부에 유출공이 형성되고 중심부 주위에 유입공이 형성된 헤드부를 포함할 수 있다.

상기 헤드부는 내부에 상기 유출공과 유입공이 형성된 원통형의 본체부와, 상기 유출공의 일측에 연결되는 제1연결관과, 상기 유출공의 타측에 연결되는 제2연결관과, 상기 본체부의 테두리로부터 상기 제2연결관으로 지름이 줄어들면서 연결되는 축소부를 포함할 수 있다.

상기 헤드부는 상기 본체부의 외주면에 장착되어 상기 케이스부의 내주면과의 사이를 밀봉하는 헤드 씰과, 상기 본체부의 외주면에 장착되어 상기 헤드부를 상기 케이스부의 내주면에 고정하는 리테이닝 링을 더 포함할 수 있다.

하나의 역삼투막유닛과 다른 하나의 역삼투막유닛은 양측의 유출공에 삽입되어 중심부 유로를 연결하는 어댑터에 의해 직렬로 연결될 수 있다.

상기 어댑터는 하나의 역삼투막유닛의 유출공에 삽입되는 제1삽입관과, 다른 하나의 역삼투막유닛의 유출공에 삽입되는 제2삽입관과, 상기 제1삽입관과 상기 제2삽입관 사이를 연결하며 두 삽입관보다 더 큰 외경을 갖도록 일체로 형성되는 연결관과, 상기 제1삽입관과 상기 제2삽입관의 외주면에 각각 장착되는 복수의 씰을 포함할 수 있다.

본 발명의 해수 담수화 시스템은, 해수를 취수하여 유입된 용수 내에 함유된 불순물을 여과 처리하는 전처리장치; 상기 전처리장치에서 전처리 여과된 용수를 다시 여과하는 카트리지필터; 및 상기 카트리지필터에서 여과된 용수를 고압펌프에 의해 공급하여 역삼투에 의해 담수를 생산하는 역삼투장치를 포함하고, 상기 역삼투장치는 튜브 내부에 역삼투막이 권취된 역삼투막유닛이 복수개 배열된 배럴; 상기 배럴의 일단부에 구비되고 해수 유입구와 고염수 유출구가 연결되는 유출입부; 상기 유출입부의 내부 공간을 제1스테이지와 제2스테이지로 구획하는 격벽; 및 상기 배럴의 타단부에 구비되고 상기 제1스테이지의 복수의 역삼투막유닛 내부로 유동한 물이 상기 제2스테이지의 복수의 역삼투막유닛 내부로 유입되도록 안내하는 전달공간부를 포함하며, 상기 유출입부로 공급되는 해수의 일부는 상기 배럴 내부의 튜브들 주위로 공급되어 유동하면서 외부 고온으로부터 복수의 역삼투막유닛을 단열하고 상기 전달공간부로 유입된다.

상기한 본 발명의 역삼투장치 및 이를 포함하는 해수 담수화 시스템에 의하면, 배럴의 유출입부로 공급되는 해수의 일부를 배럴과 복수의 역삼투막유닛 사이의 공간에 채워 유동시킴으로써 역삼투막유닛을 외부의 고온으로부터 단열할 수 있고, 배럴 내부에 배플을 설치하여 해수의 유동 체류 시간을 확보할 수 있다.

또한, 역삼투막유닛 내부로 공급되는 해수는 열에 의해 온도가 높아져서 처리수 생산량을 증가시키고 회수율을 높일 수 있고, 배럴 내부로 유입된 단열 해수는 전달공간부에서 역삼투막유닛을 통과한 고염수와 합쳐져서 유량이 증가되고 희석되어 제2스테이지의 역삼투막유닛으로 유입됨으로써 부하를 적절히 분배할 수 있다.

또한, 대용량의 역삼투장치를 설계할 때 2 스테이지(stage)로 역삼투막에 의한 여과를 수행함으로써 콤팩트한 디자인을 구현할 수 있고 에너지 소모량을 줄일 수 있다.

또한, 역삼투막의 수명이 연장되며 역삼투막유닛을 쉽게 교체할 수 있어 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 자른 단면도(a)와 하나의 역삼투막유닛을 나타내는 도면(b)이다.
도 4는 도 2의 B-B 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투막유닛을 나타내는 일부 사시도(a)와 헤드부의 분해 사시도(b)이다.
도 6은 2개의 역삼투막유닛이 어댑터에 의해 연결되는 것을 나타내는 개략도(a)와 어댑터의 분해 사시도(b)이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브 시트 타입의 역삼투막유닛 구조를 가진 역삼투장치를 나타내는 일부 투영 사시도이다.
도 8은 도 2의 역삼투장치에서 물의 흐름을 나타내는 개략도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 시스템을 나타내는 개략도이다.

본 발명의 해수 담수화 시스템은, 전처리장치(10), 카트리지필터(30), 역삼투장치(100)를 포함할 수 있다.

전처리장치(10)는 해수를 취수하여 유입된 용수 내에 함유된 불순물을 여과 처리한다. 전처리장치(10) 앞에는 해수를 취수하는 인테이크(intake)장치가 배치될 수 있다.

전처리장치(10)의 전처리에는 침전처리, 여과처리, 약품처리가 있다. 침전처리와 여과처리는 원수에 포함된 부유물질 등을 제거하여 막의 오염을 방지하기 위해서 실시한다. 약품처리는 공급수의 수질을 조절하여 역삼투막의 성능을 최대한으로 유지하기 위하여 실시한다. 또한, 이와 같은 전처리는 역삼투막의 오염을 방지하기 위해서 높은 성능을 발휘하기 위해서 반드시 필요하다.

카트리지필터(30)는 전처리 여과된 용수를 다시 여과하여 미세한 불순물을 제거한다. 카트리지필터(30) 앞에는 전처리된 용수를 소정 압력으로 카트리지필터(30)로 공급하기 위해 공급펌프(20)가 배치될 수 있다.

역삼투장치(100)는 카트리지필터(30)에서 여과된 용수를 고압펌프(40)에 의해 공급하여 역삼투에 의해 담수를 생산한다. 역삼투(RO: Reverse Osmosis)는 삼투압보다 높은 압력을 가할 때, 용액으로부터 순수한 용매가 반투막을 통해 빠져 나오는 현상이다. 역삼투 현상을 이용하여 해수를 담수화할 수 있다. 역삼투가 일어나도록 하기 위해 역삼투장치(100)의 전에 해수의 삼투압보다 높은 압력으로 여과된 용수를 공급하는 고압펌프(40)가 배치되는 것이다.

역삼투장치(100)를 통과하면 공급된 해수는 고염수가 되고, 역삼투막을 통과한 물이 처리수로 된다. 역삼투장치(100)의 뒤에는 여과된 처리수를 다시 처리하는 후처리장치(미도시)가 배치될 수 있다. 후처리장치는 pH 조정, 미네랄 주입, 염소 소독 등을 실시할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투장치를 나타내는 개략도이고, 도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 자른 단면도(a)와 하나의 역삼투막유닛을 나타내는 도면(b)이며, 도 4는 도 2의 B-B 선을 따라 자른 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투막유닛을 나타내는 일부 사시도(a)와 헤드부의 분해 사시도(b)이며, 도 6은 2개의 역삼투막유닛이 어댑터에 의해 연결되는 것을 나타내는 개략도(a)와 어댑터의 분해 사시도(b)이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 시스템용 역삼투장치(100)는 튜브 내부에 역삼투막이 권취된 역삼투막유닛(150)이 복수개 배열된 배럴(110), 배럴의 일단부에 구비되고 해수 유입구(121)와 고염수 유출구(122)가 연결되는 유출입부(120), 유출입부의 내부 공간을 제1스테이지와 제2스테이지로 구획하는 격벽(125), 및 배럴(110)의 타단부에 구비되고 제1스테이지의 복수의 역삼투막유닛 내부로 유동한 물이 상기 제2스테이지의 복수의 역삼투막유닛 내부로 유입되도록 안내하는 전달공간부(130)를 포함한다.

배럴(barrel, 110)은 수m의 지름을 가진 원통이 길이방향이 수평하게 설치될 수 있다. 도 7을 참조하면, 배럴(110)은 2개 이상의 지지대(112)에 의해 지지되도록 설치될 수 있다. 이와 달리, 배럴(110)을 전체적으로 감싸는 프레임 내부에 장착될 수도 있다.

배럴(110)의 내부에는 복수의 역삼투막유닛(150)이 행과 열을 이루도록 배열될 수 있다. 역삼투막유닛(150) 여러개가 직렬로 연결된 세트가 원통 배럴(110) 내부에 복수개가 병렬로 배열될 수 있다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 배럴(110) 내부에는 복수의 역삼투막유닛(150)이 서로 이격되도록 배치될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 배럴(110)의 좌측 단부 내부에는 유출입부(120)가 구비되고, 배럴(110)의 우측 단부 내부에는 전달공간부(130)가 구비될 수 있다. 유출입부(120)의 내부 중간에는 유출입부(120)를 두 공간으로 분리하는 격벽(125)이 설치될 수 있다. 격벽(125)에서 연장되는 가상의 평면은 배럴(110)의 내부 공간을 예를 들어, 좌측의 제1스테이지(Stage) 공간과 우측의 제2스테이지 공간으로 구획할 수 있다. 즉, 제1스테이지에 있는 복수의 역삼투막유닛(150)은 제1역삼투막유닛(160)을 구성하고, 제2스테이지에 있는 복수의 역삼투막유닛(150)은 제2역삼투막유닛(170)을 구성할 수 있다.

제1역삼투막유닛(160)과 제2역삼투막유닛(170)은 각각 3~10개의 역삼투막유닛이 병렬로 연결된 세트가 배럴(110) 내부에 병렬로 복수개 배열될 수 있다.

유출입부(120)는 배럴(110)의 일단부에 구비되고 해수 유입구(121)와 고염수 유출구(122)가 연결될 수 있다. 해수 유입구(121)를 통해 고압펌프(40)에 의해 고압의 해수가 유출입부(120)로 유입되고, 제1스테이지의 복수의 제1역삼투막유닛(160)과 제2스테이지의 복수의 제2역삼투막유닛(170)을 통과한 고염수 또는 농축수가 고염수 유출구(122)를 통해 배출될 수 있다.

전달공간부(130)는 배럴(110)의 타단부에 전체가 착탈가능하게 결합될 수 있다. 이와 달리, 전달공간부(130)는 일단부에 사람이 출입할 수 있고 밀폐가능한 도어(미도시)를 구비할 수도 있다. 전달공간부(130)는 제1스테이지의 복수의 제1역삼투막유닛(160) 내부로 유동한 물이 제2스테이지의 복수의 제2역삼투막유닛(170) 내부로 유입되도록 안내할 수 있다. 즉, 해수 유입구(121)를 통해 유출입부(120)로 유입된 해수는 전달공간부(130) 쪽으로 유동하여 제1스테이지의 복수의 제1역삼투막유닛(160)을 통과한 다음, 전달공간부(130)에서 다시 유출입부(120) 쪽으로 제2스테이지의 복수의 제2역삼투막유닛(170)을 통과할 수 있다.

유출입부(120)로 공급되는 해수의 일부는 배럴(110) 내부의 튜브들 주위로 공급되어 유동하면서 외부 고온으로부터 복수의 역삼투막유닛(150)을 단열하고 전달공간부(130)로 유입될 수 있다.

유출입부(120)는 구획벽(127)에 의해 복수의 역삼투막유닛(150)이 배치된 배럴(110) 내부 공간과 구획될 수 있다. 구획벽(127)은 원형 디스크 형태로 형성되어 원통형 배럴(110)의 내주면에 밀폐되도록 결합될 수 있다. 구획벽(127)에는 복수의 역삼투막유닛(150)의 일단부가 장착되는 복수의 관통공과 유출입부(120)로 유입된 해수의 일부가 통과하는 복수의 관통공(128)을 포함할 수 있다. 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 원형 디스크 형태의 구획벽(127)에는 복수의 관통공(128)이 형성되되 대부분의 관통공에 역삼투막유닛(150)의 일단부가 장착되고, 1~10개의 관통공(128)에는 역삼투막유닛(150)이 장착되지 않고 해수가 유동하는 통로로 사용될 수 있다.

전달공간부(130)도 구획벽(137)에 의해 복수의 역삼투막유닛(150)이 배치된 배럴(110) 내부 공간과 구획될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 구획벽(137)은 원형 디스크 형태로 형성되어 원통형 배럴(110)의 내주면에 밀폐되도록 결합될 수 있다. 구획벽(137)에는 복수의 역삼투막유닛(150)의 일단부가 장착되는 복수의 관통공과 유출입부(120)로 유입된 해수의 일부가 통과하는 복수의 관통공(138)을 포함할 수 있다.

역삼투장치(100)는, 복수의 제1역삼투막유닛(160)의 일단에 연결되고 유출입부(120)를 통과하여 배럴(110)의 외부로 연결되는 제1처리수배관(180)과, 복수의 제2역삼투막유닛(170)의 일단에 연결되고 유출입부(120)를 통과하여 배럴(110)의 외부로 연결되는 제2처리수배관(190)을 더 포함할 수 있다.

복수의 제1역삼투막유닛(160)에서 생산되는 처리수는 그들과 연결된 제1처리수배관(180)을 통해 처리수 탱크(60)로 수송될 수 있다.

또한, 복수의 제2역삼투막유닛(170)에서 생산되는 처리수는 그들과 연결된 제2처리수배관(190)을 통해 BWRO(70)로 수송될 수 있다.

BWRO(Brackish Water Reverse Osmosis)는 기수 역삼투를 나타내는 것으로서, 기수는 해수와 담수의 중간 정도의 염도를 가진 물을 말한다. 제2역삼투막유닛(170)에서 역삼투에 의해 생산되는 처리수의 염도는 제1역삼투막유닛(160)에서 생산되는 처리수보다 높다. 제1스테이지에서 1차 여과되어 염도가 높아진 물이 제2스테이지에서 2차 역삼투되기 때문이다. 따라서, 제2역삼투막유닛(170)에서 생산되는 처리수를 BWRO(70)에서 2차 역삼투 공정을 거치도록 하여 염도를 더 낮출 수 있다.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 역삼투막유닛(200)은 원주면에 복수의 관통공이 형성된 튜브(250) 주위에 시트 형태의 역삼투막이 권취된 역삼투막유닛(200)이 복수개 직렬 연결된 튜브 시트 타입으로 형성될 수 있다.

우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 튜브(210)는 유출입부(120)의 구획벽(127)과 전달공간부(130)의 구획벽(137) 사이에 장착되고, 각 튜브(210) 내부에 3개의 역삼투막유닛(150)이 장착될 수 있다. 하나의 튜브(210) 내부에는 용량에 따라 3~8개의 역삼투막유닛(150)이 장착될 수 있다.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 저염수 튜브(250)의 일측에는 헤드부(220)가 결합되고 타측에도 플랜지부가 결합될 수 있다. 저염수 튜브(250)의 주위에는 역삼투막이 수회 권취될 수 있다. 하나의 역삼투막유닛(200)의 저염수 튜브(250)는 다른 역삼투막유닛(200)의 저염수 튜브(250)와 후술하는 어댑터(230)에 의해 연결될 수 있다. 이렇게 연결된 3개의 역삼투막유닛(200)은 튜브(210) 내부에 삽입되어 장착될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 역삼투장치(100)는 배럴(110)의 중간 내부에 복수의 역삼투막유닛(150)이 삽입되며 일측에 해수가 통과하는 복수의 관통공(148)이 형성된 배플(140)을 더 포함할 수 있다. 배플(140)은 배럴(110)의 길이방향을 기준으로 역삼투막유닛(150)의 중간에 걸치도록 배치될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 배플(140)은 복수의 제1역삼투막유닛(160)과 복수의 제2역삼투막유닛(170)이 삽입되는 복수의 관통공과 해수가 통과하는 복수의 관통공(148)을 구비하고 있다. 배플(140)의 복수의 관통공(148)은 유출입부(120)의 구획벽(127)의 관통공(128)과 전달공간부(130)의 구획벽(137)의 관통공(138)의 반대쪽에 배치될 수 있다. 그래서, 해수가 관통공(128), 관통공(148), 관통공(138)을 통과하는 동안 지그재그로 유동하게 되어, 유동 경로가 길어짐에 따라 해수의 체류 시간이 길어질 수 있다.

배플(140)의 재질은 듀플렉스 강(Duplex Stainless Steel), 또는 카본 스틸에 고무 라이닝을 코팅한 것을 사용할 수 있다. 카본 스틸에 고무 라이닝을 코팅한 것은 듀플렉스 강보다 저렴하지만, 소재의 특성은 듀플렉스 강이 더 우수하다.

듀플렉스 강은 오스테나이트(Austenite)계 금속조직과 페라이트(Ferrite)계 금속조직을 적절히 분포시켜, 2중의(Dual) 복합(Complex) 금속조직을 갖는다. 일반적인 스테인리스강에 비해 높은 강도와 내식성을 보유하고 있어 최근 세계적으로 건설이 늘고 있는 원자력 발전소나 담수화 설비, 각종 해양 구조물을 비롯해 바이오　가스 설비 등 가혹한 사용환경에 적합한 소재로 평가돼 그 활용영역을 점차 확대시켜 나가고 있다.

듀플렉스 스테인레스 스틸(듀플렉스 강)은　 "두 부분으로 된다"　라는　듀플렉스(Duplex)　의 뜻 그대로　이중의 구조를 가지고 있다.　외관적으로는　페라이트(Ferrite)　에　오스테나이트(Austenite)가 깊숙히 박혀있고 구성비율은　1:1　에 가깝다.　이러한 구조가 재질 내의　그레인(Grain)의 성장을 서로 막아 작은　그레인(Grain)을 만들어 냄으로써 다른 금속보다 단단한 조직을 만들 수 있다.

도 5(a)에 도시된 바와 같이, 역삼투막유닛(200)은 내부에 역삼투막이 구비되는 원통형의 케이스부(210)와, 케이스부의 일단부에 결합되고 중심부에 유출공이 형성되고 중심부 주위에 유입공이 형성된 헤드부(220)를 포함할 수 있다.

헤드부(220)는 케이스부(210)의 일단부에 삽입되는 원형 테두리부의 본체부(221)와, 중심의 유출공 주위를 둘러싸는 허브부(222)와, 허브부(222)의 외주면과 본체부(221)의 내주면 사이에 일체로 연결되는 복수의 날개부(223)를 포함할 수 있다. 복수의 날개부(223)의 사이는 복수의 유입공을 형성할 수 있다.

원통형의 케이스부(210) 내부에는 헤드부(220)의 유출공에 대응하는 중심부 주위에 역삼투막이 권취되는 형태로 배치되거나 복수의 역삼투막이 층을 이루도록 배치될 수 있다. 그래서, 역삼투막 외부로 유입된 해수에서 물이 역삼투막을 통과하여 내측의 중심부로 모일 수 있다.

도 5(b)에 도시된 바와 같이, 헤드부(220)는 내부에 유출공과 유입공이 형성된 원통형의 본체부(221)와, 유출공의 일측에 연결되는 제1연결관(224)과, 유출공의 타측에 연결되는 제2연결관(226)과, 본체부(221)의 테두리로부터 제2연결관(226)으로 지름이 줄어들면서 연결되는 축소부(225)를 포함할 수 있다.

도 5(a)의 헤드부(220)와 달리, 도 5(b)의 헤드부(220)는 중심의 유출공이 형성된 허브부(222)의 양측에 제1연결관(224)과 제2연결관(226)이 일체로 연결될 수 있다. 헤드부(220)에 제1연결관(224)과 제2연결관(226)을 구비함으로써, 제1연결관(224)에 처리수배관(180, 190)을 쉽게 연결할 수 있고, 제2연결관(226) 주위로 역삼투막을 배치하여 쉽게 장착할 수 있다. 축소부(225)에는 유체가 통과할 수 있도록 복수의 구멍이 형성될 수 있다.

여기서, 헤드부(220)는 본체부(221)의 외주면에 장착되어 케이스부(210)의 내주면과의 사이를 밀봉하는 헤드 씰(228)과, 본체부(221)의 외주면에 장착되어 헤드부(220)를 케이스부(210)의 내주면에 고정하는 리테이닝 링(227)을 더 포함할 수 있다.

본체부(221)의 외주면에는 헤드 씰(228)과 리테이닝 링(227)을 장착할 수 있는 홈이 형성될 수 있다.

헤드 씰(Head seal, 228)은 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)과 같은 고무 재질로 이루어지고, 리테이닝 링(Retaining Ring, 227)은 스테인리스스틸 재질로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에서 카세트모듈(150)과 그 내부에 구비되는 역삼투막유닛(200)은 복수개가 직렬로 연결될 수 있다. 도 1에서는 3개의 카세트모듈(150)이 직렬로 연결된 것들이 동시에 병렬로 연결된 예가 도시되어 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 역삼투막유닛(200)과 다른 하나의 역삼투막유닛(200)은 양측의 유출공에 삽입되어 중심부 유로를 연결하는 어댑터(230)에 의해 직렬로 연결될 수 있다.

도 6(a)에 도시된 바와 같이, 각 역삼투막유닛(200)의 일단부 외주면에는 헤드 씰(228)이 구비되고, 두 역삼투막유닛(200)의 중심부 사이에 어댑터(230)가 삽입되어 결합될 수 있다.

도 6(b)에 도시된 바와 같이, 어댑터(Adapter, 230)는 일측 역삼투막유닛(200)의 유출공에 삽입되는 제1삽입관(231)과, 타측 역삼투막유닛(200)의 유출공에 삽입되는 제2삽입관(233)과, 제1삽입관(231)과 제2삽입관(233)을 일체로 연결하고 그들보다 큰 외경을 가진 연결관(232)을 포함할 수 있다.

제1삽입관(231)은 제2삽입관(233)보다 큰 외경을 갖도록 형성될 수 있고, 제1삽입관(231)과 연결관(232)과 제2삽입관(233) 내부에는 역삼투막을 통과한 물이 유동할 수 있도록 유로가 형성될 수 있다.

제1삽입관(231)의 단부 외주면에는 어댑터 씰(234)이 장착될 수 있고, 제2삽입관(233)의 단부 외주면에는 2개의 음용수 씰(235)이 장착될 수 있다. 어댑터 씰(234)과 음용수 씰(235)은 EPDM과 같은 고무 재질로 이루어질 수 있다. 어댑터 씰(234)과 음용수 씰(235)에 의해 두 역삼투막유닛(200)의 연결부를 밀봉하여 생산수가 누설되는 것을 방지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜브 시트 타입의 역삼투막유닛 구조를 가진 역삼투장치를 나타내는 일부 투영 사시도이다.

튜브 시트 타입의 역삼투막유닛 구조를 가진 역삼투장치(100)는 원통형 배럴(110)의 일단부에 구비된 유출입부(120)와 타단부에 구비된 전달공간부(130)와 그 사이의 공간에 배열되는 복수의 역삼투막유닛(150 또는 200)을 포함한다.

원통형 배럴(110)은 그 하부에 용접되거나 체결되어 결합되는 한 쌍의 지지대(112)에 의해 지면에 지지되도록 설치될 수 있다.

유출입부(120)의 구획벽(127)에는 우측단에 가까운 부위에 해수의 통과를 위한 관통공들이 형성될 수 있다.

복수의 제1역삼투막유닛(160)은 배럴(110) 내부에 두 구획벽(127, 137) 사이의 공간에 배열될 수 있다. 복수의 제1역삼투막유닛(160)에 의해 생산된 처리수는 제1처리수배관(180)을 통해 처리수 탱크(60)로 보내어질 수 있고, 복수의 제2역삼투막유닛(170)에 의해 생산된 처리수는 제2처리수배관(190)을 통해 처리수 탱크(60)로 보내어질 수 있다.

유출입부(120)의 내부에는 격벽(125)이 지면에 수직으로 설치되고, 유출입부(120)의 일측면에는 해수 유입구(121)가 구비되며, 유출입부(120)의 타측면에는 고염수 유출구(122)가 구비될 수 있다.

해수 유입구(121)를 통해 유출입부(120)로 유입된 해수는 복수의 제1역삼투막유닛(160)으로 유입되어 1차 역삼투되는 처리수가 제1처리수배관(180)을 통해 처리수 탱크(60)로 보내어진다. 역삼투막을 통과하지 않은 고염수는 전달공간부(130)로 유출되었다가 복수의 제2역삼투막유닛(170)으로 유입되어 2차 역삼투되는 처리수가 제2처리수배관(190)을 통해 처리수 탱크(60)로 보내어진다.

유출입부(120)의 내부에서 유입측에는 복수의 제1역삼투막유닛(160)에 의해 생산된 처리수를 배수하는 제1처리수배관(180)이 구비된다. 유출입부(120)의 내부에서 유출측에는 복수의 제2역삼투막유닛(170)에 의해 생산된 처리수를 배수하는 제2처리수배관(190)이 구비된다.

제2스테이지의 복수의 제2역삼투막유닛(170)의 우측 단부에는 각각 튜브연결관(192)이 연결되고, 복수의 튜브연결관(192)은 같은 높이에 배치되는 것들이 각 중간연결관(194)으로 연결되며, 다수의 중간연결관(194)은 세로로 배치된 집합관(196)에 연결되어 처리수가 제2처리수배관(190)을 통해 처리수 탱크(60)로 보내어질 수 있다. 제1처리수배관(180)의 경우에도 마찬가지로 튜브연결관, 중간연결관, 집합관으로 구성되고, 제2처리수배관(190)과 대칭적으로 형성될 수 있다.

제1처리수배관(180)의 집합관과 제2처리수배관(190)의 집합관(196)은 각각 처리수가 유출입부(120)의 내부를 통해 하측으로 배출되도록 연결될 수 있다.

도 8은 도 2의 역삼투장치에서 물의 흐름을 나타내는 개략도이다. 도 8을 참조하여 본 발명의 역삼투장치(100)에 있어서 해수의 담수화 과정을 설명한다.

인테이크장치를 통해 취수된 해수를 전처리장치(10)에서 전처리한 다음 고압펌프(40)에 의해 해수 유입구(121)로 해수를 고압으로 공급한다. 유출입부(120)로 유입된 해수는 복수의 제1역삼투막유닛(160)의 역삼투막 외측으로 유입되고, 역삼투에 의해 해수에서 물이 역삼투막을 통과하여 중심부의 저염수 튜브(250)로 모이고 제1처리수배관(180)을 통해 처리수 탱크(60)로 보내질 수 있다. 해수 유입구(121)를 통해 유출입부(120)로 공급되는 해수를 120%라고 하면, 유출입부(120)에서 복수의 제1역삼투막유닛(160)으로 100%의 해수가 유입되고, 20%의 해수는 관통공(128)을 통해 복수의 제1역삼투막유닛(160) 및 복수의 제2역삼투막유닛(170) 주위 공간으로 유입될 수 있다.

복수의 제1역삼투막유닛(160)으로 유입된 해수 100%에서 물이 역삼투에 의해 빠져나가고 염도가 높아진 해수 70%는 전달공간부(130)로 유입된다. 복수의 제1역삼투막유닛(160)으로 유입된 해수 중 역삼투막을 통과하여 염도가 낮아진 30%는 제1처리수배관(180)을 통해 처리수 탱크(60)로 송수된다.

전달공간부(130)로 유입된 70%의 해수는 구획벽(137)의 관통공(138)을 통해 전달공간부(130)로 유입되는 20%의 해수와 합쳐진다. 합쳐진 90% 유량의 해수가 다시 복수의 제2역삼투막유닛(170)으로 유입되고, 그 해수 중 물이 역삼투막을 통과하여 중심부로 모이고 제2처리수배관(190)을 통해 BWRO(70)로 보내질 수 있다. BWRO(70)로 보내지는 물은 처리수 탱크(60)로 보내지는 물보다 상대적으로 고염도이므로, BWRO(70)에서 2차 역삼투 공정을 진행한다. 복수의 제2역삼투막유닛(170)에서 역삼투에 의해 물이 빠져나가서 염도가 높아진 농축수는 고염수 유출구(122)를 통해 배출될 수 있다. 농축수는 추가적으로 폐수 처리를 한 다음 하수로 배출될 수 있다.

관리자는 착탈 또는 개폐 가능한 전달공간부(130)로 들어가서 역삼투막유닛(150)을 교체하는 등의 유지보수 작업을 쉽게 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 배럴의 유출입부로 공급되는 해수의 일부를 배럴과 복수의 역삼투막유닛 사이의 공간에 채워 유동시킴으로써 역삼투막유닛을 외부의 고온으로부터 단열할 수 있고, 배럴 내부에 배플을 설치하여 해수의 유동 체류 시간을 확보할 수 있다.

또한, 대용량의 역삼투장치를 설계할 때 2 스테이지로 역삼투막에 의한 여과를 수행함으로써 콤팩트한 디자인을 구현할 수 있고 에너지 소모량을 줄일 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 전처리장치 20: 공급펌프
30: 카트리지필터 40: 고압펌프
60: 처리수 탱크 70: BWRO
100: 역삼투장치 110: 배럴
112: 지지대 120: 유출입부
121: 해수 유입구 122: 고염수 유출구
125: 격벽 127: 구획벽
128: 관통공 130: 전달공간부
137: 구획벽 138: 관통공
140: 배플 148: 관통공
150: 역삼투막유닛 160: 제1역삼투막유닛
170: 제2역삼투막유닛 180: 제1처리수배관
190: 제2처리수배관 192: 튜브연결관
194: 중간연결관 196: 집합관
200: 튜브시트타입 역삼투막유닛
210: 튜브 220: 헤드부
221: 본체부 222: 허브부
223: 날개부 224: 제1연결관
225: 축소부 226: 제2연결관
227: 리테이닝 링 228: 헤드 씰
230: 어댑터 231: 제1삽입관
232: 연결관 233: 제2삽입관
234: 어댑터 씰 235: 생산수 씰
250: 저염수 튜브

Claims

튜브 내부에 역삼투막이 권취된 역삼투막유닛이 복수개 배열된 배럴;
상기 배럴의 일단부에 구비되고 해수 유입구와 고염수 유출구가 연결되는 유출입부; 및
상기 유출입부의 내부 공간을 제1스테이지와 제2스테이지로 구획하는 격벽;
상기 배럴의 타단부에 구비되고 상기 제1스테이지의 복수의 역삼투막유닛 내부로 유동한 물이 상기 제2스테이지의 복수의 역삼투막유닛 내부로 유입되도록 안내하는 전달공간부를 포함하고,
상기 유출입부로 공급되는 해수의 일부는 상기 배럴 내부의 튜브들 주위로 공급되어 유동하면서 외부 고온으로부터 복수의 역삼투막유닛을 단열하고 상기 전달공간부로 유입되는 해수 담수화 시스템용 역삼투장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 역삼투막유닛은 상기 제1스테이지 공간에 배열되어 상기 유출입부에서 공급되는 해수의 염도를 낮추는 복수의 제1역삼투막유닛과, 상기 제2스테이지 공간에 배열되어 상기 전달공간부에서 공급되는 해수의 염도를 낮추는 복수의 제2역삼투막유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템용 역삼투장치.
제2항에 있어서,
상기 복수의 제1역삼투막유닛의 일단에 연결되고 상기 유출입부를 통과하여 상기 배럴의 외부로 연결되는 제1처리수배관; 및
상기 복수의 제2역삼투막유닛의 일단에 연결되고 상기 유출입부를 통과하여 상기 배럴의 외부로 연결되는 제2처리수배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템용 역삼투장치.
제2항에 있어서,
상기 역삼투막유닛은 원주면에 복수의 관통공이 형성된 튜브 주위에 시트 형태의 역삼투막이 권취된 역삼투막유닛이 복수개 직렬 연결된 튜브 시트 타입으로 형성된 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템용 역삼투장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배럴의 중간 내부에 상기 복수의 역삼투막유닛이 삽입되며 일측에 해수가 통과하는 복수의 관통공이 형성된 배플을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템용 역삼투장치.
제1항에 있어서,
상기 역삼투막유닛은
내부에 역삼투막이 구비되는 원통형의 케이스부와,
상기 케이스부의 일단부에 결합되고 중심부에 유출공이 형성되고 중심부 주위에 유입공이 형성된 헤드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템용 역삼투장치.
제6항에 있어서,
상기 헤드부는
내부에 상기 유출공과 유입공이 형성된 원통형의 본체부와,
상기 유출공의 일측에 연결되는 제1연결관과,
상기 유출공의 타측에 연결되는 제2연결관과,
상기 본체부의 테두리로부터 상기 제2연결관으로 지름이 줄어들면서 연결되는 축소부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템용 역삼투장치.
제7항에 있어서,
상기 헤드부는
상기 본체부의 외주면에 장착되어 상기 케이스부의 내주면과의 사이를 밀봉하는 헤드 씰과,
상기 본체부의 외주면에 장착되어 상기 헤드부를 상기 케이스부의 내주면에 고정하는 리테이닝 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템용 역삼투장치.
제6항에 있어서,
하나의 역삼투막유닛과 다른 하나의 역삼투막유닛은 양측의 유출공에 삽입되어 중심부 유로를 연결하는 어댑터에 의해 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템용 역삼투장치.
제9항에 있어서,
상기 어댑터는
하나의 역삼투막유닛의 유출공에 삽입되는 제1삽입관과,
다른 하나의 역삼투막유닛의 유출공에 삽입되는 제2삽입관과,
상기 제1삽입관과 상기 제2삽입관 사이를 연결하며 두 삽입관보다 더 큰 외경을 갖도록 일체로 형성되는 연결관과,
상기 제1삽입관과 상기 제2삽입관의 외주면에 각각 장착되는 복수의 씰을 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템용 역삼투장치.
해수를 취수하여 유입된 용수 내에 함유된 불순물을 여과 처리하는 전처리장치;
상기 전처리장치에서 전처리 여과된 용수를 다시 여과하는 카트리지필터; 및
상기 카트리지필터에서 여과된 용수를 고압펌프에 의해 공급하여 역삼투에 의해 담수를 생산하는 역삼투장치를 포함하고,
상기 역삼투장치는
튜브 내부에 역삼투막이 권취된 역삼투막유닛이 복수개 배열된 배럴;
상기 배럴의 일단부에 구비되고 해수 유입구와 고염수 유출구가 연결되는 유출입부; 및
상기 유출입부의 내부 공간을 제1스테이지와 제2스테이지로 구획하는 격벽;
상기 배럴의 타단부에 구비되고 상기 제1스테이지의 복수의 역삼투막유닛 내부로 유동한 물이 상기 제2스테이지의 복수의 역삼투막유닛 내부로 유입되도록 안내하는 전달공간부를 포함하며,
상기 유출입부로 공급되는 해수의 일부는 상기 배럴 내부의 튜브들 주위로 공급되어 유동하면서 외부 고온으로부터 복수의 역삼투막유닛을 단열하고 상기 전달공간부로 유입되는 해수 담수화 시스템.
제11항에 있어서,
상기 복수의 역삼투막유닛은 상기 제1스테이지 공간에 배열되어 상기 유출입부에서 공급되는 해수의 염도를 낮추는 복수의 제1역삼투막유닛과, 상기 제2스테이지 공간에 배열되어 상기 전달공간부에서 공급되는 해수의 염도를 낮추는 복수의 제2역삼투막유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
제12항에 있어서,
상기 복수의 제1역삼투막유닛의 일단에 연결되고 상기 유출입부를 통과하여 상기 배럴의 외부로 연결되는 제1처리수배관; 및
상기 복수의 제2역삼투막유닛의 일단에 연결되고 상기 유출입부를 통과하여 상기 배럴의 외부로 연결되는 제2처리수배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
제12항에 있어서,
상기 역삼투막유닛은 원주면에 복수의 관통공이 형성된 튜브 주위에 시트 형태의 역삼투막이 권취된 역삼투막유닛이 복수개 직렬 연결된 튜브 시트 타입으로 형성된 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배럴의 중간 내부에 상기 복수의 역삼투막유닛이 삽입되며 일측에 해수가 통과하는 복수의 관통공이 형성된 배플을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
제11항에 있어서,
상기 역삼투막유닛은
내부에 역삼투막이 구비되는 원통형의 케이스부와,
상기 케이스부의 일단부에 결합되고 중심부에 유출공이 형성되고 중심부 주위에 유입공이 형성된 헤드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
제16항에 있어서,
상기 헤드부는
내부에 상기 유출공과 유입공이 형성된 원통형의 본체부와,
상기 유출공의 일측에 연결되는 제1연결관과,
상기 유출공의 타측에 연결되는 제2연결관과,
상기 본체부의 테두리로부터 상기 제2연결관으로 지름이 줄어들면서 연결되는 축소부를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
제17항에 있어서,
상기 헤드부는
상기 본체부의 외주면에 장착되어 상기 케이스부의 내주면과의 사이를 밀봉하는 헤드 씰과,
상기 본체부의 외주면에 장착되어 상기 헤드부를 상기 케이스부의 내주면에 고정하는 리테이닝 링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
제16항에 있어서,
하나의 역삼투막유닛과 다른 하나의 역삼투막유닛은 양측의 유출공에 삽입되어 중심부 유로를 연결하는 어댑터에 의해 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.
제19항에 있어서,
상기 어댑터는
하나의 역삼투막유닛의 유출공에 삽입되는 제1삽입관과,
다른 하나의 역삼투막유닛의 유출공에 삽입되는 제2삽입관과,
상기 제1삽입관과 상기 제2삽입관 사이를 연결하며 두 삽입관보다 더 큰 외경을 갖도록 일체로 형성되는 연결관과,
상기 제1삽입관과 상기 제2삽입관의 외주면에 각각 장착되는 복수의 씰을 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.