KR102591796B1 - Capacitive seawater desalination system using ion-drive, and methdo thereof - Google Patents

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Abstract

다양한 실시예들은 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템 및 방법을 제공한다. 다양한 실시예들에 따르면, 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템은, 일 방향을 따라 해수가 흐르는 흐름 통로, 및 흐름 통로의 적어도 일 측부에 배치되며, 서로 다른 교류 전류 파형들을 각각 갖는 세 개의 전극들로 각각 이루어지는 전극 유니트들이 일 방향을 따라 반복적으로 배열되는 전극 모듈을 포함하고, 전극들은 교류 전류 파형들에 각각 기반하여, 시간에 따라 서로 다른 전압 상태들로 변화되고, 이로써, 해수로부터 전극들에 흡착되는 이온들이 일 방향을 따라 전극들 사이에서 전달될 수 있다. Various embodiments provide a capacitive seawater desalination system and method using an ion drive. According to various embodiments, a capacitive seawater desalination system using an ion drive includes a flow passage through which sea water flows in one direction, and three electrodes disposed on at least one side of the flow passage, each having different alternating current waveforms. It includes an electrode module in which electrode units each composed of electrode units are repeatedly arranged along one direction, and the electrodes change into different voltage states over time based on alternating current waveforms, respectively, thereby forming the electrodes from seawater. Ions adsorbed on can be transferred between electrodes along one direction.

Description

이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템 및 방법{CAPACITIVE SEAWATER DESALINATION SYSTEM USING ION-DRIVE, AND METHDO THEREOF}Capacitive seawater desalination system and method using ion drive {CAPACITIVE SEAWATER DESALINATION SYSTEM USING ION-DRIVE, AND METHDO THEREOF}

다양한 실시예들은 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템 및 방법에 관한 것이다. Various embodiments relate to a capacitive seawater desalination system and method using an ion drive.

해수 담수화란 바닷물, 즉 해수로부터 염분을 포함한 용해 물질, 예컨대, 미네랄, 유기물을 제거하여 순도 높은 음용수 및 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 일련의 수처리 과정이다. 대부분의 해수 담수화 기술은 에너지 가격이 안정되고 값싼 중동 지역에만 편중되어 그 외 지역에서의 담수 생산 비용은 비교적 높은 편이다. 가장 널리 활용되고 있는 증발법은 가장 확실하게 순수한 물을 끌어낼 수 있으나 에너지 소비량이 많으며 부식 방지가 필요하거나 대형화할 때 증기 압축기가 필요하다. 증발법에 비해, 역삼투압법(reverse osmosis; RO)은 에너지 소모량이 적고, 설치 및 운전 방식이 비교적 쉽지만, 막의 내구성이 약하고 압력 용기와 내압 배관이 필요하며 해수의 충분한 전처리가 필요하다. 전기 투석법 또한 에너지 소비량이 많으며 대규모 해수 담수화 장치에 적절하지 않다. 축전식 해수 담수화법(capacitive deionization; CDi)은 내부에 사용되는 집전체 위에 다공성 전극이 코팅되어 있어 이온 흡착 용량의 제한이 있다. Seawater desalination is a series of water treatment processes that remove dissolved substances, such as minerals and organic matter, including salt, from seawater, that is, seawater, to obtain high purity drinking water, domestic water, and industrial water. Most seawater desalination technologies are concentrated only in the Middle East, where energy prices are stable and cheap, so the cost of desalination production in other regions is relatively high. The most widely used method, evaporation, can most certainly produce pure water, but it consumes a lot of energy, requires corrosion protection, or requires a vapor compressor when large-scale. Compared to the evaporation method, reverse osmosis (RO) consumes less energy and is relatively easy to install and operate, but the membrane is less durable, requires a pressure vessel and pressure-resistant piping, and requires sufficient pretreatment of seawater. Electrodialysis also consumes a lot of energy and is not suitable for large-scale seawater desalination devices. Capacitive seawater desalination (CDi) has a limited ion adsorption capacity because a porous electrode is coated on the current collector used inside.

다양한 실시예들은 이온 흡착 용량에 제한이 없으며 전극 물질이 소모되지 않는 축전식 해수 담수화 시스템 및 방법을 제공한다. Various embodiments provide a capacitive seawater desalination system and method in which there is no limitation on ion adsorption capacity and no electrode material is consumed.

다양한 실시예들은 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템 및 방법을 제공한다. Various embodiments provide a capacitive seawater desalination system and method using an ion drive.

다양한 실시예들에 따르면, 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템은, 일 방향을 따라 해수가 흐르는 흐름 통로, 및 상기 흐름 통로의 적어도 일 측부에 배치되며, 서로 다른 교류 전류 파형들을 각각 갖는 세 개의 전극들로 각각 이루어지는 전극 유니트들이 상기 일 방향을 따라 반복적으로 배열되는 전극 모듈을 포함하고, 상기 전극들은 상기 교류 전류 파형들에 각각 기반하여, 시간에 따라 서로 다른 전압 상태들로 변화되고, 이로써, 상기 해수로부터 상기 전극들에 흡착되는 이온들이 상기 일 방향을 따라 상기 전극들 사이에서 전달할 수 있다. According to various embodiments, a capacitive seawater desalination system using an ion drive includes a flow passage through which sea water flows in one direction, and three devices disposed on at least one side of the flow passage, each having different alternating current waveforms. It includes an electrode module in which electrode units each composed of electrodes are repeatedly arranged along the one direction, and the electrodes change into different voltage states over time based on the alternating current waveforms, respectively, whereby the electrodes change into different voltage states, Ions adsorbed to the electrodes from the seawater may be transferred between the electrodes along the one direction.

다양한 실시예들에 따르면, 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템은 서로 다른 교류 전류 파형들을 각각 갖는 세 가지의 전극들을 이용하여, 해수로부터 이온들을 흡착하고, 이온들에 대한 흡착과 분리를 반복하면서, 일 방향을 따라 이온들을 연속적으로 전달할 수 있다. 즉, 전극들에 이온들이 지속적으로 흡착되어 있지 않다. 따라서, 전극들이 이온 흡착 용량에 제한이 없이, 연속적으로 이온들을 흡착할 수 있다. 뿐만 아니라, 전극들과 전극들에 흡착된 이온들 사이에 화학 반응이 발생하기 전에 전극들로부터 이온들이 분리되므로, 전극들이 소모되지 않을 수 있다. 이로 인해, 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템은 높은 이온 농도의 해수에도 적용이 가능하다. 아울러, 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템은 간단한 구조로 구현 가능하므로, 소형화뿐 아니라 대용량화도 가능하다. According to various embodiments, a capacitive seawater desalination system using an ion drive adsorbs ions from seawater using three electrodes each having different alternating current waveforms, and repeats adsorption and separation of the ions. , ions can be transferred continuously along one direction. That is, ions are not continuously adsorbed on the electrodes. Therefore, the electrodes can continuously adsorb ions without limitation in ion adsorption capacity. In addition, since the ions are separated from the electrodes before a chemical reaction occurs between the electrodes and the ions adsorbed on the electrodes, the electrodes may not be consumed. Because of this, the capacitive seawater desalination system using an ion drive can be applied to seawater with high ion concentration. In addition, a storage-type seawater desalination system using an ion drive can be implemented with a simple structure, making it possible to not only miniaturize but also increase capacity.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 전극들의 서로 다른 교류 전류 파형들을 나타내는 도면이다.
도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 및 도 8은 다양한 실시예들에 따른 축전식 해수 담수화 시스템의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도면들이다.
1 is a diagram schematically showing a capacitive seawater desalination system using an ion drive according to various embodiments.
FIG. 2 is a diagram showing different alternating current waveforms of the electrodes of FIG. 1.
FIGS. 3, 4, 5, 6, 7, and 8 are diagrams illustrating the operation of a storage-type seawater desalination system according to various embodiments.

이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. Hereinafter, various embodiments of this document are described with reference to the attached drawings.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템(100)을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1의 전극(151, 152, 153)들의 서로 다른 교류 전류 파형(R, S, T)들을 나타내는 도면이다. FIG. 1 is a diagram schematically showing a capacitive seawater desalination system 100 using an ion drive according to various embodiments. FIG. 2 is a diagram showing different alternating current waveforms (R, S, T) of the electrodes 151, 152, and 153 of FIG. 1.

도 1을 참조하면, 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템(100)은 이온 드라이브 기반 축전식 탈염(ion-drive capacitive deionization; ICDi) 기술에 기반하여, 해수 담수화를 진행하도록 구성될 수 있다. 축전식 해수 담수화 시스템(100)은 모터(110) 및 모터(110)와 연통되는 탈이온기(120)를 포함할 수 있다. 모터(110)는 탈이온기(120)의 내부로 해수를 공급할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템(100)은 해수가 통과됨에 따라 해수 내에서 입자가 큰 불순물을 제거하도록 구성되는 여과기(도시되지 않음)를 더 포함하며, 모터(110)는 여과기로부터 배출되는 해수를 탈이온기(120)의 내부로 공급할 수 있다. 예를 들면, 여과기는 멤브레인(membrane)과 같은 거름망을 포함하고, 거름망을 이용하여, 해수로부터 불순물을 걸러낼 수 있다. 탈이온기(120)는, 모터(110)에 의해 해수가 공급됨에 따라, 내부에서 해수 담수화가 진행될 수 있다. 탈이온기(120)는, 해수가 흐르는 흐름 통로(130) 및 전극 모듈(140)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the capacitive seawater desalination system 100 using an ion drive may be configured to perform seawater desalination based on ion-drive capacitive deionization (ICDi) technology. The storage type seawater desalination system 100 may include a motor 110 and a deionizer 120 in communication with the motor 110. The motor 110 may supply seawater into the deionizer 120. In some embodiments, the capacitive seawater desalination system 100 using an ion drive further includes a filter (not shown) configured to remove large particle impurities in the seawater as the seawater passes, and a motor 110 ) can supply seawater discharged from the filter to the interior of the deionizer 120. For example, the filter may include a filter, such as a membrane, and filter impurities from seawater using the filter. As seawater is supplied to the deionizer 120 by the motor 110, seawater desalination may proceed inside the deionizer 120. The deionizer 120 may include a flow passage 130 through which seawater flows and an electrode module 140.

흐름 통로(130)는 일 방향을 따라 해수가 흐르게 할 수 있다. 이 때, 흐름 통로(130)를 흐르면서, 해수는 담수로 전환될 수 있다. 그리고, 흐름 통로(130)에는, 해수 유입구(131) 및 담수 배출구(133)가 마련될 수 있다. 해수 유입구(131)는 모터(110)와 연통되며, 모터(110)로부터 흐름 통로(130)로 해수를 유입시킨다. 이에 따라, 해수 유입구(131)를 통해, 일 방향을 따라 흐름 통로(130)의 내부로 해수가 유입될 수 있다. 담수 배출구(133)는 흐름 통로(130)에서 해수 유입구(131)의 반대편에 위치되며, 흐름 통로(130)로부터 해수를 배출시킨다. 이에 따라, 담수 배출구(133)를 통해, 흐름 통로(130)의 내부로부터 일 방향을 따라 담수가 배출된다. The flow passage 130 may allow seawater to flow in one direction. At this time, while flowing through the flow passage 130, seawater may be converted into fresh water. Additionally, a seawater inlet 131 and a freshwater outlet 133 may be provided in the flow passage 130. The seawater inlet 131 communicates with the motor 110 and allows seawater to flow from the motor 110 into the flow passage 130. Accordingly, seawater may flow into the flow passage 130 along one direction through the seawater inlet 131. The fresh water outlet 133 is located on the opposite side of the sea water inlet 131 in the flow passage 130 and discharges sea water from the flow passage 130. Accordingly, fresh water is discharged along one direction from the inside of the flow passage 130 through the fresh water outlet 133.

전극 모듈(140)은 흐름 통로(130)를 흐르는 해수의 이온들을 흡착하고, 일 방향을 따라 이온들을 전달하도록 구성될 수 있다. 전극 모듈(140)은 이온들에 대한 흡착과 분리를 반복하면서, 일 방향을 따라 이온들을 연속적으로 전달할 수 있다. 여기서, 전극 모듈(140)은 흡착된 이온들과 화학 반응이 발생하기 전에, 흡착된 이온들을 분리시킬 수 있다. 이 때, 전극 모듈(140)에는, 분리되는 이온들이 함유된 높은 이온 농도의 해수가 배출되는 해수 배출구(143)가 마련될 수 있다. The electrode module 140 may be configured to adsorb ions of seawater flowing through the flow passage 130 and transmit the ions along one direction. The electrode module 140 can continuously transfer ions along one direction while repeating adsorption and separation of ions. Here, the electrode module 140 can separate the adsorbed ions before a chemical reaction occurs with the adsorbed ions. At this time, the electrode module 140 may be provided with a seawater outlet 143 through which seawater with a high ion concentration containing separated ions is discharged.

다양한 실시예들에 따르면, 전극 모듈(140)은 흐름 통로(130)가 개방되도록 흐름 통로(130)의 적어도 일 측부에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도시된 바와 같이, 전극 모듈(140)은 흐름 통로(130)의 양 측부들에 대칭적으로, 즉 동일한 구조로 배치될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 도시되지는 않았으나, 전극 모듈(140)은 흐름 통로(130)의 일 측부에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 도시되지는 않았으나, 전극 모듈(140)은 일 방향을 중심으로 흐름 통로(130)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. According to various embodiments, the electrode module 140 may be disposed on at least one side of the flow passage 130 so that the flow passage 130 is open. According to one embodiment, as shown, the electrode module 140 may be disposed symmetrically, that is, in the same structure, on both sides of the flow passage 130. According to another embodiment, although not shown, the electrode module 140 may be disposed on one side of the flow passage 130. According to another embodiment, although not shown, the electrode module 140 may be arranged to surround the flow passage 130 in one direction.

다양한 실시예들에 따르면, 전극 모듈(140)은 복수의 전극 유니트(150)들을 포함할 수 있다. 전극 유니트(150)들은 일 방향, 즉 해수의 흐름 방향을 따라 반복적으로 배열될 수 있다. 전극 유니트(150)들의 각각은, 도 2에 도시된 바와 같은 서로 다른 교류 전류 파형(R, S, T)들을 각각 갖는 세 개의 전극(151, 152, 153)들, 즉 제 1 전극(151), 제 2 전극(152), 및 제 3 전극(153)으로 이루어질 수 있다. 여기서, 교류 전류 파형(R, S, T)들은, 최대 전압과 최소 전압이 동일하고, 위상 각도도 동일하나, 최초 전압 값이 상이할 수 있다. 예를 들면, 제 1 전극(151)은 제 1 교류 전류 파형(R)을 갖고, 제 2 전극(152)은 제 2 교류 전류 파형(S)을 갖고, 제 3 전극(153)은 제 3 교류 전류 파형(T)을 가질 수 있다. 전극(151, 152, 153)들은 교류 전류 파형(R, S, T)들에 각각 기반하여, 시간에 따라 서로 다른 전압 상태들로 변화될 수 있다. 여기서, 전압 상태들은 양의 전압 상태, 음의 전압 상태, 및 영(0)의 전압 상태를 포함할 수 있다. 이로써, 흐름 통로(130)를 흐르는 해수의 이온들이 전극(151, 152, 153)들에 흡착되고, 전극들에 흡착되는 이온들이 일 방향을 따라 전극(151, 152, 153)들 사이에서 연속적으로 전달될 수 있다. According to various embodiments, the electrode module 140 may include a plurality of electrode units 150. The electrode units 150 may be repeatedly arranged in one direction, that is, along the flow direction of seawater. Each of the electrode units 150 has three electrodes 151, 152, and 153, each having different alternating current waveforms (R, S, T) as shown in FIG. 2, that is, the first electrode 151. , the second electrode 152, and the third electrode 153. Here, the alternating current waveforms (R, S, T) have the same maximum and minimum voltages and the same phase angle, but their initial voltage values may be different. For example, the first electrode 151 has a first alternating current waveform (R), the second electrode 152 has a second alternating current waveform (S), and the third electrode 153 has a third alternating current waveform (S). It may have a current waveform (T). The electrodes 151, 152, and 153 may change into different voltage states over time based on the alternating current waveforms (R, S, and T), respectively. Here, the voltage states may include a positive voltage state, a negative voltage state, and a zero (0) voltage state. As a result, ions of seawater flowing through the flow passage 130 are adsorbed on the electrodes 151, 152, and 153, and the ions adsorbed on the electrodes are continuously absorbed between the electrodes 151, 152, and 153 along one direction. It can be delivered.

구체적으로, 전극(151, 152, 153)들은 한 시점에 양의 전압 상태, 음의 전압 상태, 및 영의 전압 상태에 각각 있을 수 있다. 양의 전압 상태에 있을 때, 전극(151, 152, 153)들의 각각에는 해수로부터 음 이온이 흡착되고, 음의 전압 상태에 있을 때, 전극(151, 152, 153)들의 각각에는 해수로부터 양 이온이 흡착되며, 영의 전압 상태에 있을 때, 전극(151, 152, 153)들의 각각에는 해수로부터 어떤 이온도 흡착되지 않을 수 있다. 그런 다음, 일 방향을 따라 전극(151, 152, 153)들 중 하나와 전극(151, 152, 153)들 중 다른 하나가 배치될 때, 시간에 따라, 전극(151, 152, 153)들 중 하나가 양의 전압 상태에서 영의 전압 상태로 변화되고, 전극(151, 152, 153)들 중 하나가 영의 전압 상태에서 양의 전압 상태로 변화될 수 있다. 이러한 경우, 전극(151, 152, 153)들 중 하나에 흡착된 음 이온이 분리되어, 전극(151, 152, 153)들 중 다른 하나에 흡착될 수 있다. 한편, 일 방향을 따라 전극(151, 152, 153)들 중 하나와 전극(151, 152, 153)들 중 다른 하나가 배치될 때, 시간에 따라, 전극(151, 152, 153)들 중 하나가 음의 전압 상태에서 영의 전압 상태로 변화되고, 전극(151, 152, 153)들 중 하나가 영의 전압 상태에서 음의 전압 상태로 변화될 수 있다. 이러한 경우, 전극(151, 152, 153)들 중 하나에 흡착된 양 이온이 분리되어, 전극(151, 152, 153)들 중 다른 하나에 흡착될 수 있다. 이러한 방식으로, 흐름 통로(130)를 흐르는 해수의 이온들이 전극(151, 152, 153)들에 흡착되고, 전극들에 흡착되는 이온들이 일 방향을 따라 전극(151, 152, 153)들 사이에서 연속적으로 전달될 수 있다. Specifically, the electrodes 151, 152, and 153 may be in a positive voltage state, a negative voltage state, and a zero voltage state, respectively, at one point in time. When in a positive voltage state, negative ions from seawater are adsorbed to each of the electrodes (151, 152, and 153), and when in a negative voltage state, positive ions from seawater are absorbed into each of the electrodes (151, 152, and 153). is adsorbed, and when in a zero voltage state, no ions from seawater may be adsorbed to each of the electrodes 151, 152, and 153. Then, when one of the electrodes 151, 152, 153 and the other one of the electrodes 151, 152, 153 are placed along one direction, depending on the time, one of the electrodes 151, 152, 153 One of the electrodes 151, 152, and 153 may change from a positive voltage state to a zero voltage state, and one of the electrodes 151, 152, and 153 may change from a zero voltage state to a positive voltage state. In this case, the negative ion adsorbed on one of the electrodes 151, 152, and 153 may be separated and adsorbed on the other one of the electrodes 151, 152, and 153. Meanwhile, when one of the electrodes 151, 152, and 153 and the other one of the electrodes 151, 152, and 153 are disposed along one direction, depending on time, one of the electrodes 151, 152, and 153 changes from the negative voltage state to the zero voltage state, and one of the electrodes 151, 152, and 153 may change from the zero voltage state to the negative voltage state. In this case, the positive ion adsorbed on one of the electrodes 151, 152, and 153 may be separated and adsorbed on the other one of the electrodes 151, 152, and 153. In this way, ions of seawater flowing through the flow passage 130 are adsorbed on the electrodes 151, 152, and 153, and the ions adsorbed on the electrodes are absorbed between the electrodes 151, 152, and 153 along one direction. Can be delivered continuously.

도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 및 도 8은 다양한 실시예들에 따른 축전식 해수 담수화 시스템(100)의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 도면들이다. FIGS. 3, 4, 5, 6, 7, and 8 are diagrams illustrating the operation of the storage type seawater desalination system 100 according to various embodiments.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 흐름 통로(130) 내부로 해수가 일 방향을 따라 유입될 수 있다. 이 때, 해수 유입구(131)를 통해, 일 방향을 따라 흐름 통로(130)의 내부로 해수가 유입될 수 있다. 여기서, 해수 유입구(131)는 모터(110)와 연통되며, 모터(110)에 의해, 해수 유입구(131)로 해수가 유입될 수 있다. First, as shown in FIG. 3, seawater may flow into the flow passage 130 along one direction. At this time, seawater may flow into the flow passage 130 along one direction through the seawater inlet 131. Here, the seawater inlet 131 is in communication with the motor 110, and seawater may flow into the seawater inlet 131 by the motor 110.

다음으로, 제 1 시점(t1)에서, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 전극 유니트(150)들의 각각에서, 제 1 전극(151)은 영의 상태에 있고, 제 2 전극(152)은 음의 상태에 있고, 제 3 전극(153)은 양의 상태에 있을 수 있다. 이러한 경우, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(152)에는 해수로부터 양 이온이 흡착되고, 제 3 전극(153)에는 해수로부터 음 이온이 흡착될 수 있다. Next, at the first time point t1, as shown in (a) of FIG. 4, in each of the electrode units 150, the first electrode 151 is in a zero state, and the second electrode 152 ) may be in a negative state, and the third electrode 153 may be in a positive state. In this case, as shown in (b) of FIG. 4, positive ions may be adsorbed from seawater to the second electrode 152, and negative ions may be adsorbed from seawater to the third electrode 153.

다음으로, 제 2 시점(t2)에서, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 전극 유니트(150)들의 각각에서, 제 1 전극(151)은 영의 상태에서 양의 상태로 변화되고, 제 3 전극(153)은 양의 상태에서 영의 상태로 변화될 수 있다. 이러한 경우, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 각 전극 유니트(150)의 제 3 전극(153)에 흡착된 음 이온이 분리되고, 일 방향을 따라 전달되어, 차례로 각 전극 유니트(150)에 인접한 다른 전극 유니트(150)의 제 1 전극(151)에 흡착될 수 있다. Next, at the second time point t2, as shown in (a) of FIG. 5, in each of the electrode units 150, the first electrode 151 changes from a zero state to a positive state, The third electrode 153 can change from a positive state to a zero state. In this case, as shown in (b) of FIG. 5, the negative ions adsorbed on the third electrode 153 of each electrode unit 150 are separated and transferred along one direction to sequentially reach each electrode unit 150. ) may be adsorbed to the first electrode 151 of another electrode unit 150 adjacent to the electrode unit 150.

다음으로, 제 3 시점(t3)에서, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 전극 유니트(150)들의 각각에서, 제 2 전극(152)은 음의 상태에서 영의 상태로 변화되고, 제 3 전극(153)은 영의 상태에서 음의 상태로 변화될 수 있다. 이러한 경우, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 각 전극 유니트(150)의 제 2 전극(152)에 흡착된 양 이온이 분리되고, 일 방향을 따라 전달되어, 차례로 각 전극 유니트(150)의 제 3 전극(153)에 흡착될 수 있다. Next, at the third time point t3, as shown in (a) of FIG. 6, in each of the electrode units 150, the second electrode 152 changes from the negative state to the zero state, The third electrode 153 can change from a zero state to a negative state. In this case, as shown in (b) of FIG. 6, positive ions adsorbed on the second electrode 152 of each electrode unit 150 are separated and transferred along one direction, and are sequentially transferred to each electrode unit 150. ) can be adsorbed on the third electrode 153.

다음으로, 제 4 시점(t4)에서, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 전극 유니트(150)들의 각각에서, 제 1 전극(151)은 양의 상태에서 영의 상태로 변화되고, 제 2 전극(152)은 영의 상태에서 양의 상태로 변화될 수 있다. 이러한 경우, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 각 전극 유니트(150)의 제 1 전극(151)에 흡착된 음 이온이 분리되고, 일 방향을 따라 전달되어, 차례로 각 전극 유니트(150)의 제 2 전극(152)에 흡착될 수 있다. Next, at the fourth time point t4, as shown in (a) of FIG. 7, in each of the electrode units 150, the first electrode 151 changes from a positive state to a zero state, The second electrode 152 may change from a zero state to a positive state. In this case, as shown in (b) of FIG. 7, the negative ions adsorbed on the first electrode 151 of each electrode unit 150 are separated and transferred along one direction, and are sequentially transferred to each electrode unit 150. ) can be adsorbed on the second electrode 152.

이러한 방식으로, 해수의 이온들이 일 방향을 따라 연속적으로 달되며, 결과적으로, 흐름 통로(130)에는, 탈이온, 즉 탈염된 담수가 남을 수 있다. 이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 흐름 통로(130)의 내부로부터 일 방향을 따라 담수가 배출될 수 있다. 이 때, 담수 배출구(133)를 통해, 흐름 통로(130)의 내부로부터 일 방향을 따라 담수가 배출된다. 한편, 전극 모듈(140)로부터, 해수로부터 흡착된 이온들이 배출될 수 있다. 이 때, 해수 배출구(143)를 통해, 전극(151, 152, 153)들로부터 분리되는 이온들이 함유된 높은 이온 농도의 해수가 배출될 수 있다. In this way, the ions of the seawater are carried continuously along one direction, and as a result, deionized, i.e. desalinated, fresh water can remain in the flow passage 130. Accordingly, as shown in FIG. 8, fresh water may be discharged along one direction from the inside of the flow passage 130. At this time, fresh water is discharged along one direction from the inside of the flow passage 130 through the fresh water outlet 133. Meanwhile, ions adsorbed from seawater may be discharged from the electrode module 140. At this time, seawater with a high ion concentration containing ions separated from the electrodes 151, 152, and 153 may be discharged through the seawater outlet 143.

다양한 실시예들에 따르면, 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템(100)은 서로 다른 교류 전류 파형들을 각각 갖는 세 가지의 전극(151, 152, 153)들을 이용하여, 해수로부터 이온들을 흡착하고, 이온들에 대한 흡착과 분리를 반복하면서, 일 방향을 따라 이온들을 연속적으로 전달할 수 있다. 즉, 전극(151, 152, 153)들에 이온들이 지속적으로 흡착되어 있지 않다. 따라서, 전극(151, 152, 153)들이 이온 흡착 용량에 제한이 없이, 연속적으로 이온들을 흡착할 수 있다. 뿐만 아니라, 전극(151, 152, 153)들과 전극(151, 152, 153)들에 흡착된 이온들 사이에 화학 반응이 발생하기 전에 전극(151, 152, 153)들로부터 이온들이 분리되므로, 전극(151, 152, 153)들이 소모되지 않을 수 있다. 이로 인해, 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템(100)은 높은 이온 농도의 해수에도 적용이 가능하다. 아울러, 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템(100)은 간단한 구조로 구현 가능하므로, 소형화뿐 아니라 대용량화도 가능하다. According to various embodiments, the capacitive seawater desalination system 100 using an ion drive adsorbs ions from seawater using three electrodes 151, 152, and 153 each having different alternating current waveforms, By repeating adsorption and separation of ions, ions can be continuously transferred along one direction. That is, ions are not continuously adsorbed on the electrodes 151, 152, and 153. Accordingly, the electrodes 151, 152, and 153 can continuously adsorb ions without limitation in ion adsorption capacity. In addition, since the ions are separated from the electrodes 151, 152, and 153 before a chemical reaction occurs between the electrodes 151, 152, and 153 and the ions adsorbed on the electrodes 151, 152, and 153, The electrodes 151, 152, and 153 may not be consumed. For this reason, the capacitive seawater desalination system 100 using an ion drive can be applied to seawater with high ion concentration. In addition, the storage type seawater desalination system 100 using an ion drive can be implemented with a simple structure, so it is possible to not only miniaturize but also increase capacity.

전술된 바와 같이, 다양한 실시예들은 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템(100) 및 방법을 제공한다. As described above, various embodiments provide a capacitive seawater desalination system 100 and method using an ion drive.

다양한 실시예들에 따르면, 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템(100)은, 일 방향을 따라 해수가 흐르는 흐름 통로(130), 및 흐름 통로(130)의 적어도 일 측부에 배치되며, 서로 다른 교류 전류 파형(R, S, T)들을 각각 갖는 세 개의 전극(151, 152, 153)들로 각각 이루어지는 전극 유니트(150)들이 일 방향을 따라 반복적으로 배열되는 전극 모듈(140)을 포함할 수 있다.According to various embodiments, the capacitive seawater desalination system 100 using an ion drive is disposed in a flow passage 130 through which sea water flows in one direction, and at least one side of the flow passage 130, and has different Electrode units 150 each composed of three electrodes 151, 152, and 153 each having alternating current waveforms (R, S, and T) may include an electrode module 140 in which electrode units 150 are repeatedly arranged along one direction. there is.

다양한 실시예들에 따르면, 전극(151, 152, 153)들은, 교류 전류 파형(R, S, T)들에 각각 기반하여, 시간에 따라 서로 다른 전압 상태들로 변화되고, 이로써, 해수로부터 전극(151, 152, 153)들에 흡착되는 이온들이 일 방향을 따라 전극(151, 152, 153)들 사이에서 전달될 수 있다.According to various embodiments, the electrodes 151, 152, and 153 change into different voltage states over time, respectively, based on the alternating current waveforms (R, S, T), thereby separating the electrodes from seawater. Ions adsorbed on (151, 152, and 153) may be transferred between the electrodes (151, 152, and 153) along one direction.

다양한 실시예들에 따르면, 전압 상태들은, 양의 전압 상태, 음의 전압 상태, 및 영(0)의 전압 상태를 포함할 수 있다.According to various embodiments, voltage states may include a positive voltage state, a negative voltage state, and a zero voltage state.

다양한 실시예들에 따르면, 양의 전압 상태에 있을 때, 전극(151, 152, 153)들의 각각에는, 해수로부터 음 이온이 흡착되고, 음의 전압 상태에 있을 때, 전극(151, 152, 153)들의 각각에는, 해수로부터 양 이온이 흡착될 수 있다.According to various embodiments, when in a positive voltage state, negative ions from seawater are adsorbed on each of the electrodes 151, 152, and 153, and when in a negative voltage state, the electrodes 151, 152, and 153 ), positive ions can be adsorbed from seawater.

다양한 실시예들에 따르면, 일 방향을 따라 전극(151, 152, 153)들 중 하나와 전극(151, 152, 153)들 중 다른 하나가 배치될 때, 전극(151, 152, 153)들 중 하나가 양의 전압 상태에서 영의 전압 상태로 변화되고, 전극(151, 152, 153)들 중 하나가 영의 전압 상태에서 양의 전압 상태로 변화되고, 이로써, 전극(151, 152, 153)들 중 하나에 흡착된 음 이온이 분리되어, 전극(151, 152, 153)들 중 다른 하나에 흡착될 수 있다.According to various embodiments, when one of the electrodes 151, 152, and 153 and the other one of the electrodes 151, 152, and 153 are disposed along one direction, one of the electrodes 151, 152, and 153 One of the electrodes 151, 152, and 153 changes from the positive voltage state to the zero voltage state, and one of the electrodes 151, 152, and 153 changes from the zero voltage state to the positive voltage state, whereby the electrodes 151, 152, and 153 An anion adsorbed on one of the electrodes 151, 152, and 153 may be separated and adsorbed on another one of the electrodes 151, 152, and 153.

다양한 실시예들에 따르면, 일 방향을 따라 전극(151, 152, 153)들 중 하나와 전극(151, 152, 153)들 중 다른 하나가 배치될 때, 전극(151, 152, 153)들 중 하나가 음의 전압 상태에서 영의 전압 상태로 변화되고, 전극(151, 152, 153)들 중 하나가 영의 전압 상태에서 음의 전압 상태로 변화되고, 이로써, 전극(151, 152, 153)들 중 하나에 흡착된 양 이온이 분리되어, 전극(151, 152, 153)들 중 다른 하나에 흡착될 수 있다.According to various embodiments, when one of the electrodes 151, 152, and 153 and the other one of the electrodes 151, 152, and 153 are disposed along one direction, one of the electrodes 151, 152, and 153 One of the electrodes 151, 152, and 153 changes from the negative voltage state to the zero voltage state, and one of the electrodes 151, 152, and 153 changes from the zero voltage state to the negative voltage state, whereby the electrodes 151, 152, and 153 A positive ion adsorbed on one of the electrodes 151, 152, and 153 may be separated and adsorbed on another one of the electrodes 151, 152, and 153.

일 실시예에 따르면, 전극 모듈(140)은, 흐름 통로(130)의 양 측부들에 배치될 수 있다.According to one embodiment, the electrode module 140 may be disposed on both sides of the flow passage 130.

다른 실시예에 따르면, 전극 모듈(140)은, 흐름 통로(130)를 둘러쌀 수 있다. According to another embodiment, the electrode module 140 may surround the flow passage 130.

다양한 실시예들에 따르면, 흐름 통로(130)에는, 일 방향을 따라 해수가 유입되는 해수 유입구(131), 및 일 방향을 따라 해수로부터 이온들이 제거된 담수가 배출되는 담수 배출구(133)가 마련될 수 있다.According to various embodiments, the flow passage 130 is provided with a seawater inlet 131 through which seawater flows in along one direction, and a freshwater outlet 133 through which fresh water from which ions have been removed from seawater is discharged along one direction. It can be.

다양한 실시예들에 따르면, 전극 모듈(140)에는, 전극(151, 152, 153)들로부터 분리되는 이온들이 함유된 해수가 배출되는 해수 배출구(143)가 마련될 수 있다. According to various embodiments, the electrode module 140 may be provided with a seawater outlet 143 through which seawater containing ions separated from the electrodes 151, 152, and 153 is discharged.

본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성 요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성 요소를 다른 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성 요소가 다른(예: 제 2) 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성 요소(예: 제 3 구성 요소)를 통하여 연결될 수 있다.The various embodiments of this document and the terms used herein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, and should be understood to include various changes, equivalents, and/or replacements of the embodiments. In connection with the description of the drawings, similar reference numerals may be used for similar components. Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise. In this document, expressions such as “A or B”, “at least one of A and/or B”, “A, B or C” or “at least one of A, B and/or C” refer to all of the items listed together. Possible combinations may be included. Expressions such as "first", "second", "first" or "second" can modify the corresponding components regardless of order or importance, and are only used to distinguish one component from another. The components are not limited. When a (e.g. first) component is said to be “connected” or “connected” to another (e.g. second) component, it means that the component is directly connected to the other component, or It may be connected through other components (e.g., a third component).

다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성 요소들의 각각의 구성 요소는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성 요소들 중 하나 이상의 구성 요소들 또는 단계들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성 요소들 또는 단계들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성 요소들은 하나의 구성 요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성 요소는 복수의 구성 요소들 각각의 구성 요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성 요소들 중 해당 구성 요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. According to various embodiments, each of the described components may include a single or plural entity. According to various embodiments, one or more of the components or steps described above may be omitted, or one or more other components or steps may be added. Alternatively or additionally, multiple components may be integrated into one component. In this case, the integrated component may perform one or more functions of each component of the plurality of components identically or similarly to those performed by the corresponding component of the plurality of components prior to integration.

Claims (10)

이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템에 있어서,
일 방향을 따라 해수가 흐르는 흐름 통로; 및
상기 흐름 통로의 적어도 일 측부에 배치되며, 서로 다른 교류 전류 파형들을 각각 갖는 세 개의 전극들로 각각 이루어지는 전극 유니트들이 상기 일 방향을 따라 반복적으로 배열되는 전극 모듈
을 포함하고,
상기 전극 모듈은,
상기 전극들을 상기 교류 전류 파형들에 각각 기반하여, 시간에 따라 서로 다른 전압 상태들로 변화시킴으로써, 상기 해수의 이온들을 상기 일 방향을 따라 전달하도록 구성되고,
상기 전극들은,
상기 전극 모듈에 의해 상기 교류 전류 파형들에 각각 기반하여, 시간에 따라 서로 다른 전압 상태들로 변화되고, 이로써, 상기 해수로부터 상기 전극들에 흡착되는 이온들이 상기 일 방향을 따라 상기 전극들 사이에서 전달되고,
상기 교류 전류 파형들은 최대 전압과 최소 전압이 동일하고, 위상 각도가 동일하며, 최초 전압 값이 서로 다른 제 1 교류 전류 파형, 제 2 교류 전류 파형, 및 제 3 교류 전류 파형을 포함하고,
상기 전극들은 상기 제 1 교류 전류 파형을 갖는 제 1 전극, 상기 제 2 교류 전류 파형을 갖는 제 2 전극, 및 상기 제 3 교류 전류 파형을 갖는 제 3 전극을 포함하고,
상기 전압 상태들은 양의 전압 상태, 음의 전압 상태, 및 영(0)의 전압 상태를 포함하고,
제 1 시점에서, 상기 제 1 전극은 영의 전압 상태에 있고, 상기 제 2 전극은 음의 전압 상태에 있고, 상기 제 3 전극은 양의 전압 상태에 있고, 이로써, 상기 제 2 전극에는 상기 해수로부터 양 이온이 흡착되고, 상기 제 3 전극에는 상기 해수로부터 음 이온이 흡착되고,
상기 제 1 시점으로부터 경과된 제 2 시점에서, 상기 제 1 전극은 양의 전압 상태로 변화되고, 상기 제 3 전극은 영의 전압 상태로 변화되고, 이로써, 상기 제 3 전극에 흡착된 음 이온이 분리되고 상기 일 방향을 따라 전달되어 인접한 전극 유니트의 제 1 전극에 흡착되고,
상기 제 2 시점으로부터 경과된 제 3 시점에서, 상기 제 2 전극은 영의 전압 상태로 변화되고, 상기 제 3 전극은 음의 전압 상태로 변화되고, 이로써, 상기 제 2 전극에 흡착된 양 이온이 분리되고 상기 일 방향을 따라 전달되어 상기 제 3 전극에 흡착되고,
상기 제 3 시점으로부터 경과된 제 4 시점에서, 상기 제 1 전극은 영의 전압 상태로 변화되고, 상기 제 2 전극은 양의 전압 상태로 변화되고, 이로써, 상기 제 1 전극에 흡착된 음 이온이 분리되고 상기 일 방향을 따라 전달되어 상기 제 2 전극에 흡착되는,
이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템.
In the storage type seawater desalination system using an ion drive,
A flow passage through which seawater flows in one direction; and
An electrode module disposed on at least one side of the flow passage and in which electrode units each composed of three electrodes each having different alternating current waveforms are repeatedly arranged along the one direction.
Including,
The electrode module is,
Configured to transfer the ions of the seawater along the one direction by changing the electrodes to different voltage states over time, respectively, based on the alternating current waveforms,
The electrodes are,
Based on each of the alternating current waveforms by the electrode module, different voltage states are changed over time, whereby ions adsorbed to the electrodes from the seawater are moved between the electrodes along the one direction. delivered,
The alternating current waveforms include a first alternating current waveform, a second alternating current waveform, and a third alternating current waveform having the same maximum and minimum voltages, the same phase angle, and different initial voltage values,
The electrodes include a first electrode having the first alternating current waveform, a second electrode having the second alternating current waveform, and a third electrode having the third alternating current waveform,
The voltage states include a positive voltage state, a negative voltage state, and a zero voltage state,
At a first point in time, the first electrode is in a zero voltage state, the second electrode is in a negative voltage state, and the third electrode is in a positive voltage state, whereby the seawater is present at the second electrode. Positive ions are adsorbed from the seawater, and negative ions are adsorbed from the seawater to the third electrode,
At a second time point elapsed from the first time point, the first electrode changes to a positive voltage state and the third electrode changes to a zero voltage state, whereby the negative ions adsorbed on the third electrode are is separated and transferred along one direction to be adsorbed to the first electrode of an adjacent electrode unit,
At a third time point elapsed from the second time point, the second electrode is changed to a zero voltage state, and the third electrode is changed to a negative voltage state, whereby the positive ions adsorbed on the second electrode are separated and transferred along the one direction to be adsorbed on the third electrode,
At the fourth time point elapsed from the third time point, the first electrode changes to a zero voltage state and the second electrode changes to a positive voltage state, whereby the negative ions adsorbed on the first electrode are separated and transmitted along the one direction and adsorbed on the second electrode,
Capacitive seawater desalination system using ion drive.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 일 방향을 따라 상기 전극들 중 하나와 상기 전극들 중 다른 하나가 배치될 때, 상기 전극들 중 하나가 상기 양의 전압 상태에서 상기 영의 전압 상태로 변화되고, 상기 전극들 중 다른 하나가 상기 영의 전압 상태에서 상기 양의 전압 상태로 변화되고, 이로써, 상기 전극들 중 하나에 흡착된 음 이온이 분리되어, 상기 전극들 중 다른 하나에 흡착되는,
이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템.
According to claim 1,
When one of the electrodes and the other of the electrodes are disposed along the one direction, one of the electrodes changes from the positive voltage state to the zero voltage state, and the other of the electrodes changes from the positive voltage state to the zero voltage state. The zero voltage state is changed to the positive voltage state, whereby the negative ions adsorbed on one of the electrodes are separated and adsorbed on the other one of the electrodes,
Capacitive seawater desalination system using ion drive.
제 1 항에 있어서,
상기 일 방향을 따라 상기 전극들 중 하나와 상기 전극들 중 다른 하나가 배치될 때, 상기 전극들 중 하나가 상기 음의 전압 상태에서 상기 영의 전압 상태로 변화되고, 상기 전극들 중 다른 하나가 상기 영의 전압 상태에서 상기 음의 전압 상태로 변화되고, 이로써, 상기 전극들 중 하나에 흡착된 양 이온이 분리되어, 상기 전극들 중 다른 하나에 흡착되는,
이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템.
According to claim 1,
When one of the electrodes and the other of the electrodes are disposed along the one direction, one of the electrodes changes from the negative voltage state to the zero voltage state, and the other of the electrodes changes from the negative voltage state to the zero voltage state. changing from the zero voltage state to the negative voltage state, whereby positive ions adsorbed on one of the electrodes are separated and adsorbed on the other one of the electrodes,
Capacitive seawater desalination system using ion drive.
제 1 항에 있어서,
상기 전극 모듈은,
상기 흐름 통로의 양 측부들에 배치되는,
이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템.
According to claim 1,
The electrode module is,
disposed on both sides of the flow passage,
Capacitive seawater desalination system using ion drive.
제 1 항에 있어서,
상기 전극 모듈은,
상기 흐름 통로를 둘러싸는,
이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템.
According to claim 1,
The electrode module is,
Surrounding the flow passage,
Capacitive seawater desalination system using ion drive.
제 1 항에 있어서,
상기 흐름 통로에는,
상기 일 방향을 따라 상기 해수가 유입되는 해수 유입구; 및
상기 일 방향을 따라 상기 해수로부터 상기 이온들이 제거된 담수가 배출되는 담수 배출구
가 마련되는,
이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템.
According to claim 1,
In the flow passage,
a seawater inlet through which the seawater flows in along the one direction; and
A fresh water outlet through which fresh water from which the ions have been removed from the sea water is discharged along the one direction.
is prepared,
Capacitive seawater desalination system using ion drive.
제 8 항에 있어서,
상기 전극 모듈에는,
상기 전극들로부터 분리되는 이온들이 함유된 해수가 배출되는 해수 배출구가 마련되는,
이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템.
According to claim 8,
In the electrode module,
A seawater outlet is provided through which seawater containing ions separated from the electrodes is discharged,
Capacitive seawater desalination system using ion drive.
제 1 항 또는 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 이온 드라이브를 이용한 축전식 해수 담수화 시스템을 이용한 해수 담수화 방법.A seawater desalination method using the storage type seawater desalination system using the ion drive according to any one of claims 1 or 4 to 9.
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