KR20150034545A - High efficiency reverse electrodialysis system for optimized electron generation - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a reverse electrodialysis (RED) power generation system which recovers salinity gradient energy between seawater and fresh water and, more particularly, to an RED power generation system which can optimize the oxidation-reduction reaction of an electron and power generation by separately flowing an electrode solution to each electrode without circulating the electrode solution between an anode and a cathode. To this end, the RED power generation system comprises: an anode cell including an anode solution for supplying an electron by an oxidation reaction; a cathode cell including a cathode solution for receiving the electron by a reduction reaction; and a cation exchange membrane and an anion exchange membrane alternately installed between the anode cell and the cathode cell to form a plurality of passages, wherein salt water and fresh water alternately flow in the passages, the anode solution and the cathode solution respectively circulate through an anode solution bath and a cathode solution bath without being mixed with each other, and the anode bath and the cathode bath are alternately connected to the anode cell and the cathode cell according to the pH value thereof.

Description

전자생성을 최적화하는 고효율 역전기투석 발전 시스템{HIGH EFFICIENCY REVERSE ELECTRODIALYSIS SYSTEM FOR OPTIMIZED ELECTRON GENERATION}[0001] HIGH EFFICIENCY REVERSE ELECTRODIALYSIS SYSTEM FOR OPTIMIZED ELECTRON GENERATION [0002]

본 발명은 해수-담수간의 염도차 에너지를 회수하는 역전기투석(REVERSE ELECTRODIALYSIS, RED) 발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극용액을 양극과 음극사이에 순환시키지 않고 각각의 전극에 따로 흘려 줌으로써 전자의 산화환원반응을 최적화 시키고, 전력생산을 최적화 시킬 수 있는 역전기투석 발전시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a REVERSE ELECTRODESIS (RED) power generation system for recovering salinity difference energy between seawater and fresh water, and more particularly, To an electrodialysis power generation system capable of optimizing the redox reaction of electrons and optimizing electric power production.

경제 발전과 인구 증가에 따른 에너지 소비량은 지속적으로 증가하고, 매장된 석유 자원은 상대적으로 고갈(苦渴) 됨에 따라 유가 상승을 유발시키는 현실에서 신재생에너지의 필요성은 절대적이다. 그 중에서도 현재까지 미미하게 이용되는 해양에너지(Blue Energy)를 통한 발전 가능성의 현실화는 절대적으로 필요한 시점이라 할 것이다.The need for renewable energy is absolutely necessary in the reality that energy consumption due to economic development and population growth is continuously increasing, and buried petroleum resources are relatively depleted, causing oil prices to rise. Among them, it is absolutely necessary to realize the possibility of development through marine energy (Blue Energy) which is used to the present.

수력발전은 발전소를 건설할 수 있는 장소적 제약이 크고 발전소 건설비용이 막대한 문제점이 있다. 그리고, 이에 따른 전력생산량도 미비하여, 국소단위의 전기공급은 가능하지만 국가 전체적인 안정적인 전기공급에는 한계가 있다.Hydroelectric power plant has a limitation in place to construct a power plant, and there is a huge problem of construction cost of a power plant. In addition, the electric power generation amount is insufficient, so that it is possible to supply electric power locally, but there is a limit to the stable electric power supply of the whole country.

풍력발전 역시 건설할 수 있는 장소적 제약이 클 뿐만 아니라, 바람의 세기가 시간에 따라 변화하기 때문에 일정한 세기의 전력을 생산하는 것이 어려운 문제점이 있다. 또한, 수력발전과 마찬가지로 전력생산량도 미비하여, 국소단위의 전기공급은 가능하지만 국가 전체적인 안정적인 전기공급에는 한계가 있다.There is a problem in that it is difficult to produce a constant intensity of power because wind power is not only limited in place but also changes in intensity with time. In addition, as with hydroelectric power generation, the amount of electricity generated is insufficient, and electricity can be supplied locally, but there is a limit to the stable supply of electricity throughout the country.

그리고, 태양열발전은 발전을 위해서는 거대한 공간을 필요로 할 뿐만, 아니라 발전량도 적고 날씨에 따라 발전효율이 크게 달라서 보조적인 전력공급원에 지나지 않는다는 문제점이 있다.In addition, solar power generation requires a huge space for power generation, but also has a problem in that it generates only a small amount of electric power and a power generation efficiency varies greatly according to the weather, which is an auxiliary power supply source.

이에 비해 RED 장치는 기후와 시간에 제약을 받지 않는 전천후 발전장치로서, 친환경적이며 발전의 영속성을 유지할 수 있는 장점이 있다.On the other hand, the RED device is an all-weather power generation device that is not limited by weather and time, and is environmentally friendly and has the advantage of maintaining power generation permanence.

지구 표면적의 71%를 차지하는 해수(海水)로부터 얻을 수 있는 해양에너지는 조력(潮力), 파력(波力), 해양온도차 발전 등을 제외하고라도, 해양 염분차 발전을 통해 1톤 당 획득 에너지 량은 1.7MJ이나, 전체 해수량으로 볼 때 발전량은 2.6TW로서 본 기술의 경제적 및 산업적 파급효과는 너무나 크다.The marine energy obtained from seawater, which accounts for 71% of the surface area of the Earth, is the amount of energy acquired per tonne through the development of marine salinity, excluding tidal power, wave power, Is 1.7 MJ, but the total amount of seawater is 2.6 TW, so the economic and industrial ripple effect of this technology is too great.

이에 해수(염수) 및 담수를 이용한 발전 방식으로 압력지연삼투(Pressure retarded osmosis, PRO), 역전기투석(Reverse electrodialysis, RED), CDLE(Capacitive double layer expansion) 등의 다양한 방법이 제시되어 있다.
Various methods such as pressure retarded osmosis (PRO), reverse electrodialysis (RED) and CDLE (capacitive double layer expansion) have been proposed as a power generation method using seawater (salt water) and fresh water.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 산화환원쌍의 최적 조건을 맞추어 전자생성을 최적화 함으로써 전력생산을 최적화하는 역전기투석 발전 시스템을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a reverse electrodialysis power generation system that optimizes electric generation by optimizing electron generation according to optimum conditions of redox pair.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 산화반응을 하여 전자를 공급하는 양극용액을 포함하는 양극셀과,환원반응을 하여 전자를 받는 음극용액을 포함하는 음극셀과, 상기 양극셀과 음극셀 사이에 교대로 설치되어 복수의 유로를 형성하는 양이온 교환막 및 음이온 교환막을 구비하며, 상기 복수의 유로에서는 염수와 담수가 교대로 흐르고, 상기 양극용액과 상기 음극용액은 서로 혼합하지 않고 각각 양극용액조와 음극용액조를 통해 순환하는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a positive electrode comprising a positive electrode cell including a positive electrode solution for supplying an electron by an oxidation reaction, a negative electrode cell including a negative electrode solution for receiving a reduction reaction, And a cation exchange membrane and an anion exchange membrane which are alternately provided between the cathode solution and the anion exchange membrane, wherein brine and fresh water alternately flow in the plurality of channels, and the anode solution and the cathode solution are not mixed with each other, And circulates through the negative electrode solution bath.

본 발명의 역전기투석 발전시스템을 따르면 전극에서의 전자 생성을 최적화 시킬 수 있으므로 전력생산을 최적화 시킬 수 있는 효과가 있다.
According to the reverse electrodialysis system of the present invention, the generation of electrons in the electrode can be optimized, and therefore the power generation can be optimized.

도 1은 종래의 전극용액 순환형 역전기투석 발전시스템의 개략도이다.
도 2는 전극용액속의 레독스 커플의 2가와 3가의 비율에 따른 파워덴시티(Power density)를 보여주는 그래프이다.
도 3은 전극용액속의 레독스 커플의 2가와 3가의 비율에 따른 개방회로전압(Open Circuit Voltage, OCV)를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RED 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a conventional electrode solution circulating reverse electrodialysis power generation system.
FIG. 2 is a graph showing power densities according to the ratio of divalent and trivalent redox couples in an electrode solution. FIG.
FIG. 3 is a graph showing an open circuit voltage (OCV) according to the ratio of divalent to trivalent redox couples in an electrode solution.
4 is a schematic diagram of a RED device in accordance with an embodiment of the present invention.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면들을 함께 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It can be easily carried out. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

RED 시스템은 양이온 및 음이온 교환막을 교차로 배열하고 염수와 담수를 이온교환막 사이로 번갈아가며 흐르게 하여 염수에 용해되어 있는 이온이 이온교환막을 통해 담수로 이동하면서 발생되는 화학적인 에너지를 전기적인 에너지로 전환하는 발전방식이다.The RED system is a system that alternately arranges cation and anion exchange membranes and alternately flows saline and fresh water through ion exchange membranes to generate chemical energy that is converted into electrical energy as ions dissolved in saline migrate to fresh water through ion exchange membranes Method.

역전기투석 발전시스템(RED)은 일반적인 배터리와 마찬가지로 화학적 에너지를 전기적 에너지로 직접 전환하므로 터빈 등을 사용하는 기존의 발전방식과 비교하여 에너지 수요발생시 대응 속도가 빠르고 공정 전환시 발생하는 에너지 손실을 줄일 수 있다는 장점이 있다.Reverse Electrodialysis Power Generation System (RED) directly converts chemical energy into electrical energy like ordinary batteries. Therefore, compared with conventional power generation systems using turbines, the speed of response to energy demand is fast and energy loss during process conversion is reduced There is an advantage that it can be.

일반적으로 '염수'라 칭함은 염의 농도가 해수의 염(salt) 농도인 35,000 mg/L 이상을 가지는 용액이며, '기수'라 칭함은 염 농도가 1,000 ~ 10,000 mg/L 정도를 가진 용액이며, '담수'라 칭함은 염 농도가 0 ~ 1,000 mg/L를 가진 용액을 뜻한다. 이는 미국 지질 조사소에서 염의 농도에 따라 수질을 분류한 것이다.In general, the term 'salt water' refers to a solution having a salt concentration of at least 35,000 mg / L, which is a salt concentration of seawater, and a salt solution having a salt concentration of about 1,000 to 10,000 mg / The term 'fresh water' refers to a solution having a salt concentration of 0 to 1,000 mg / L. This is a classification of water quality according to salt concentration at the US Geological Survey.

다만, 본 발명에서는 발전을 위해 공급되는 염이 포함된 용액을 염수라 하고, 발전을 위해 염이 없거나 공급되는 염수에 비해 농도가 상대적으로 작은 용액을 담수라 하며, 공급되는 염수와 담수가 이온 이동으로 전기를 발생시키고 배출될 때의 용액을 기수라 칭한다. 따라서 기수의 농도는 염수의 농도보다 작고 담수의 농도보다 크게 된다.However, in the present invention, a solution containing salt to be supplied for power generation is referred to as saline solution, and a solution having a relatively low concentration as compared with saline solution for generating electricity is called a freshwater solution, And the solution when discharged is referred to as a radix. Therefore, the concentration of the water is lower than that of the brine and higher than that of the fresh water.

도 1은 종래의 전극용액 순환형 역전기투석 발전장치의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 염분차 발전장치의 일종인 역전기투석 발전시스템(Reverse Electrodialysis,RED)는 염수와 담수의 염분 차이와 이온 교환막을 이용하여 Na+ 이온과 Cl- 이온을 분리하여 화학 퍼텐셜(chemical potential) 차이를 만들고 이를 산화환원쌍(redox couple) 물질을 이용하여 전기 퍼텐셜(electrical potential)로 변환하여 전기를 생산하는 장치이다.1 is a schematic view of a conventional electrode solution circulating type reverse electrodialyzer. As shown in FIG. 1, reverse electrodialysis (RED), which is a kind of salt-difference power generation apparatus, separates Na + and Cl- ions by using salinity difference between salt water and fresh water and ion exchange membrane, chemical potential difference and convert it to an electrical potential using a redox couple material to produce electricity.

도 1에서 보는 바와 같이 종래의 순환형 역전기투석 발전장치(100)에서는 담수 유로(118,122)와 염수 유로(120,124)로 구성되는 농도차 유로 쌍을 가지고 있으며, 각 유로의 양단부는 양이온 교환막(106,110,114)과 음이온 교환막(108,112)이 설치된다. 담수 유로(118,122)에는 담수가 공급되고, 이웃에 위치한 양극용액 유로(116)와 염수 유로(120,124)로부터 이온이 이동해 들어와 염분 농도가 높아진 기수가 되어 외부로 배출된다. 비슷한 방법으로 염수 유로(120,124)에는 염수가 공급되고, 염수 유로(120,124)로부터 담수 유로(118,122) 및 음극용액 유로(126)로 이온이 이동해 나가면서 염수는 염분 농도가 낮아진 기수가 되어 외부로 배출된다.1, the conventional circulating retro-electrodialyzable electricity generator 100 has a pair of concentration difference flow paths composed of fresh water flow paths 118 and 122 and salt water flow paths 120 and 124. Both ends of each flow path have cation exchange membranes 106, 110 and 114 And anion exchange membranes 108 and 112 are installed. Fresh water is supplied to the fresh water channels 118 and 122, and ions move from the neighboring anode solution channel 116 and the salt water channels 120 and 124 to be discharged to the outside as a salt concentration increased. In a similar manner, salt water is supplied to the salt water channels 120 and 124, and ions move from the salt water channels 120 and 124 to the fresh water channels 118 and 122 and the cathode solution channel 126, do.

전극용액은 양이온의 출입에 따른 전자의 잉여량 또는 부족량을 Fe2 +와 Fe3+ 사이의 전환으로 보충하게 되고, 이때 발생되는 전위차에 의해 산화전극(102)과 환원전극(104) 사이에 전류가 흐르게 된다. 여기서 양극용액 유로(116)와 음극용액 유로(126)는 폐루프(loop)(140a,140b)를 이루어 순환된다. 즉, 기존의 RED 시스템은 레독스커플을 동시에 넣어서 에노드(Anode)쪽에서는 산화를, 캐소드(Cathode)쪽에서는 환원을 유도하여 전자를 주고 받는 폐루프(closed loop) 시스템으로 사용되고 있다.Electrode solution between the current surplus or insufficient amount of the electron of the cations out of the Fe + 2 and is supplemented with the transition between Fe 3+, wherein the oxidation by the potential difference generated electrode 102 and the reduction electrode 104 . Here, the anode solution flow path 116 and the cathode solution flow path 126 are circulated through closed loops 140a and 140b. That is, the conventional RED system is used as a closed loop system in which redox couples are simultaneously inserted to induce oxidation at the anode side and reduction at the cathode side to transfer electrons.

즉 전극용액이 에노드와 캐소드 사이를 순환하면서 전극용액속의 산화환원쌍은 양쪽 전극에서는 다음과 같은 산화,환원 반응이 각각 일어난다That is, as the electrode solution circulates between the anode and the cathode, the redox pair in the electrode solution causes the following oxidation and reduction reactions at both electrodes

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

(에노드,산화전극,양극): Fe2 + → Fe3 + + e- (산화)(Anode, anode, anode): Fe 2 + → Fe 3 + + e - (oxidation)

(캐소드,환원전극,음극): Fe3 + + e- → Fe2 + (환원)(Cathode, reducing electrode, cathode): Fe 3 + + e - → Fe 2 + (reduction)

일반적으로 전극용액 속의 산화환원쌍 Fe2 +: Fe3 + 를 1 : 1로 섞은 것을 넣어 준다. 그러나 전극용액이 순환되면서 산화되어 발생하는 전자량과 환원되면서 필요한 전자량이 같지 않다. 이는 산화반응의 속도가 환원반응의 속도보다 빠르기 때문이다.In general, a 1: 1 mixture of redox couple Fe 2 + : Fe 3 + in the electrode solution is added. However, as the electrode solution circulates, the amount of electrons generated by oxidation is not equal to the amount of electrons required for reduction. This is because the rate of the oxidation reaction is faster than the rate of the reduction reaction.

도 2는 전극용액속의 레독스 커플의 2가와 3가의 비율에 따른 전력밀도(Power density)를 보여주는 그래프이다. 도 2에서, 2가와 3가의 비율에 따라서 출력량이 달라지는 것을 알 수 있으며, 상대적으로 산화가 될 수 있는 2가이온의 양이 높을 때 출력이 높으며, 산화이온(2가)대비 환원이온(3가)의 양이 늘어날수록 출력이 감소함을 보이고 있다. 특히 전극용액속에 Fe2 +와 Fe3 +를 동일한 양을 넣어 주었을 때인 5번째 실험( Fe2 +: Fe3 + = 1 : 1)의 경우 출력밀도가 제일 낮았다. 따라서 산화와 환원의 이온양 및 유량의 조절이 필요하고, 전력발생을 최적화 하기 위해서는 전극용액을 순환시키지 말고 각각 따로 흘려 보내주어야 할 것이다.FIG. 2 is a graph showing the power density according to the ratio of the divalent and trivalent redox couple in the electrode solution. In FIG. 2, it can be seen that the amount of output varies depending on the ratio of 2-valence to 3-valence. When the amount of bivalent ions that can be relatively oxidized is high, the output is high. ) Is increased, the output decreases. Especially, the 5th experiment (Fe 2 + : Fe 3 + = 1: 1) showed the lowest power density when the same amount of Fe 2 + and Fe 3 + was added to the electrode solution. Therefore, it is necessary to control the amount and flow rate of ions for oxidation and reduction. In order to optimize the generation of electric power, it is necessary to separately flow the electrode solution without circulating the electrode solution.

도 3은 전극용액속의 레독스 커플의 2가와 3가의 비율에 따른 개방회로전압(Open Circuit Voltage, OCV)를 보여주는 그래프이다. 도 3을 참조하면 환원 전극 이온의 비율이 증가할수록 OCV가 증가함을 알 수 있으며, OCV의 증가는 상대적으로 전류의 량을 감소시키므로, 출력이 낮아지는 효과를 발생시킨다. 따라서 산화와 환원의 이온양 및 유량의 조절을 통하여 OCV의 조절 역시 가능할 것이다.FIG. 3 is a graph showing an open circuit voltage (OCV) according to the ratio of divalent to trivalent redox couples in an electrode solution. Referring to FIG. 3, it can be seen that as the ratio of the reducing electrode ions increases, the OCV increases, and the increase of the OCV decreases the amount of the current relatively, so that the output is lowered. Therefore, it is possible to control the OCV through the regulation of the amount and flow rate of the oxidation and reduction.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 RED 장치의 개략도이다. 도 4를 참조하면 본 발명의 일실시예에 의한 역전기투석 발전시스템(200)은 산화반응을 하여 전자를 공급하는 양극용액을 포함하는 양극셀과(216), 환원반응을 하여 전자를 받는 음극용액을 포함하는 음극셀(226)과, 상기 양극셀과 음극셀 사이에 교대로 설치되어 복수의 유로(218,220,222,224)를 형성하는 양이온 교환막(206,210,214) 및 음이온 교환막(208,212)을 구비하며, 상기 복수의 유로에서는 염수(220,224)와 담수(218.222)가 교대로 흐른다. 양극용액과 상기 음극용액은 상기 양극셀(216)과 상기 음극셀(226) 사이를 순환하지 않고 각각 따로 흐른다. 발전원리는 도 1의 순환형 역전전기투석 발전 시스템과 같으나, 전극용액이 양극셀(216)과 음극셀(226) 사이를 순환하도록 하는 파이프나 순환 펌프가 설치되지 않는 것에 차이가 있다.4 is a schematic diagram of a RED device in accordance with an embodiment of the present invention. 4, a reverse electrodialysis system 200 according to an embodiment of the present invention includes a cathode cell 216 including an anode solution for supplying electrons through an oxidation reaction, A cation exchange membrane (206, 210, 214) and an anion exchange membrane (208, 212) alternately provided between the anode cell and the cathode cell to form a plurality of channels (218, 220, 222, 224) In the channel, brine (220,224) and fresh water (218.222) alternately flow. The anode solution and the cathode solution flow separately between the anode cell 216 and the cathode cell 226 without circulation. The power generation principle is the same as that of the circulating reverse electrodialysis system of FIG. 1 except that a pipe or a circulation pump for circulating the electrode solution between the anode cell 216 and the cathode cell 226 is not provided.

도 4를 참조하면 전극용약은 에노드와 캐소드를 순환하지 않고 각각 따로 흘려 보내 준다. 산화가 진행되는 속도가 환원이 진행되는 속도보다 빠르므로, redox couple를 따로 보관하여 Anode쪽의 유랑과 Cathode쪽 유량을 조절하여 산화 환원의 균형을 최적화 시키는 시스템이다.Referring to FIG. 4, the electrode solution flows separately from the anode and the cathode without circulation. Since the rate of progress of oxidation is faster than the rate of progress of reduction, redox couple is kept separately to optimize the redox balance by adjusting flow rate on the anode side and cathode side.

Anode쪽의 전극용액은 산화가 일어나게 되고 pH가 낮아지게 되며, Cathode쪽의 전극용액은 환원이 일어나게 됨으로 pH가 높아지게 된다. 이때 각 전극용액의 pH가 일정 pH만큼 변하게 되면 용액을 서로 교환하여 산화된 전극은 환원전극으로 환원된 전극은 산화전극으로 보내어 다시 재사용하여 지속적인 사용이 가능하다.The electrode solution on the anode side is oxidized and the pH is lowered, and the electrode solution on the cathode side is reduced and the pH is increased. At this time, if the pH of each electrode solution changes by a certain pH, the solution is exchanged with each other, and the oxidized electrode is sent to the oxidized electrode and the electrode reduced to the oxidized electrode is reused.

따라서 본 발멸의 일실시예에 따른 역전기투석 발전 시스템은 산화반응을 하여 전자를 공급하는 양극용액을 포함하는 양극셀과, 환원반응을 하여 전자를 받는 음극용액을 포함하는 음극셀과, 상기 양극셀과 음극셀 사이에 교대로 설치되어 복수의 유로를 형성하는 양이온 교환막 및 음이온 교환막을 구비하며, 상기 복수의 유로에서는 염수와 담수가 교대로 흐르고, 상기 양극용액과 상기 음극용액은 서로 혼합하지 않고 각각 양극용액조와 음극용액조를 통해 순환하고, 상기 양극조와 상기 음극조의 pH값에 따라 상기 양극셀과 상기 음극셀에 교대로 연결될 수 있다.Therefore, the reverse electrodialysis power generation system according to an embodiment of the present invention includes a cathode cell including an anode solution containing an anode solution for performing an oxidation reaction and an anode solution containing an electron by a reduction reaction, And a cation exchange membrane and an anion exchange membrane which are alternately provided between the cell and the cathode cell to form a plurality of flow paths, wherein salt water and fresh water flow alternately in the plurality of flow paths, and the anode solution and the anode solution do not mix with each other The positive electrode solution and the negative electrode solution may be circulated through the positive electrode solution tank and the negative electrode solution tank respectively and alternately connected to the positive electrode cell and the negative electrode cell depending on the pH value of the positive electrode tank and the negative electrode tank.

여기서 상기 양극용액의 유량 속도가 상기 음극용액의 유량 속도보다 더 커야 할 것이며, 상기 양극용액의 유량 : 상기 음극용액의 유량은 3 : 1인 것이 바람직 하다. Here, the flow rate of the anode solution should be greater than the flow rate of the anode solution, and the flow rate of the anode solution: the flow rate of the anode solution is preferably 3: 1.

또한 상기 양극용액조의 pH가 일정 값 이상이거나 상기 음극용액조의 pH가 일정 값 이하이면 상기 양극용액조는 음극셀로 연결되고, 상기 음극용액조는 양극셀로 연결될 수 있다.If the pH of the anode solution tank is equal to or greater than a predetermined value or the pH of the anode solution tank is less than a predetermined value, the anode solution tank may be connected to the cathode cell, and the anode solution tank may be connected to the anode cell.

한편, 본 발명에 따른 역전기투석 발전 시스템을 제어하는 방법으로서 상기 발전 시스템의 양극용액조와 상기 음극용액조의 pH를 센싱하는 단계와, 상기 양극용액조의 pH값이 일정 수준 이하로 감소하거나 상기 음극용액조의 pH값이 일정 수준 이상으로 증가하면 상기 양극용액의 유량과 상기 음극용액의 유량을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.As a method for controlling the electrodialysis power generation system according to the present invention, there is provided a method for controlling a reverse electrodialysis system, comprising the steps of: sensing a pH of a cathode solution tank and an anode solution tank of the power generation system; And adjusting the flow rate of the anode solution and the flow rate of the anode solution when the pH value of the bath increases to a certain level or more.

여기서, 상기 양극용액의 유량대 상기 음극용액의 유량을 3 : 1로 유지하는 것이 바람직하고, 상기 양극용액조의 pH값이 일정 수준 이하로 감소하거나 상기 음극용액조의 pH값이 일정 수준 이상으로 증가하면 상기 양극용액조를 상기 음극셀에 연결하고 상기 음극용액조를 상기 양극셀에 연결할 수 있다.Here, it is preferable to maintain the flow rate of the anode solution to the flow rate of the anode solution at a ratio of 3: 1, and when the pH value of the anode solution tank decreases to a certain level or below, or the pH value of the anode solution tank increases to a certain level or more The positive electrode solution bath may be connected to the negative electrode cell and the negative electrode solution bath may be connected to the positive electrode cell.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. The present invention is not limited to the drawings.

100: 전극용액 순환형 역전기투석 발전 시스템
200: 전극용액 비순환형 역전기투석 발전 시스템
106, 110, 114, 206, 210, 214 : 양이온 교환막
108, 112, 208, 212 : 음이온 교환막
102, 202 : 산화전극
104, 204 : 환원전극
118, 122, 218, 222 : 담수 유로
120, 124, 220, 224 : 염수 유로
116 : 양극용액 유로
126 : 음극용액 유로
140a, 140b : 전극용액 순환 유로
216 : 양극셀
226 : 음극셀100: Electrode solution circulating reverse electrodialysis power generation system
200: Electrode solution acyclic type reverse electrodialysis power generation system
106, 110, 114, 206, 210, 214: Cation exchange membrane
108, 112, 208, 212: Anion exchange membrane
102, 202: oxidation electrode
104, 204: reduction electrode
118, 122, 218, 222: fresh water channel
120, 124, 220, 224: brine flow path
116: Positive electrode solution flow path
126: Negative electrode solution flow path
140a, 140b: Electrode solution circulation flow path
216: anode cell
226: cathode cell

Claims (7)

역전기투석 발전 시스템에 있어서,
산화반응을 하여 전자를 공급하는 양극용액을 포함하는 양극셀과,
환원반응을 하여 전자를 받는 음극용액을 포함하는 음극셀과,
상기 양극셀과 음극셀 사이에 교대로 설치되어 복수의 유로를 형성하는 양이온 교환막 및 음이온 교환막을 구비하며,
상기 복수의 유로에서는 염수와 담수가 교대로 흐르고,
상기 양극용액과 상기 음극용액은 서로 혼합하지 않고 각각 양극용액조와 음극용액조를 통해 순환하고,
상기 양극조와 상기 음극조는 pH값에 따라 상기 양극셀과 상기 음극셀에 교대로 연결되는 것을 특징으로 하는 역전기투석 발전 시스템.
In a reverse electrodialysis power generation system,
A cathode cell including an anode solution for supplying electrons by an oxidation reaction;
A negative electrode cell including a negative electrode solution which undergoes a reduction reaction to receive electrons,
And a cation exchange membrane and an anion exchange membrane alternately provided between the anode cell and the cathode cell to form a plurality of flow paths,
Wherein brine and fresh water flow alternately in the plurality of channels,
The positive electrode solution and the negative electrode solution circulate through the positive electrode solution tank and the negative electrode solution tank without mixing with each other,
Wherein the anode and cathode are alternately connected to the cathode and the cathode according to a pH value.
제 1 항에 있어서,
상기 양극용액의 유량 속도가 상기 음극용액의 유량 속도보다 더 큰 것을 특징으로 하는 역전기투석 발전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the rate of flow of the anode solution is greater than the rate of flow of the cathode solution.
제 2 항에 있어서,
상기 양극용액의 유량 대 상기 음극용액의 유량은 3 : 1인 것을 특징으로 하는 역전기투석 발전 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the flow rate of the anode solution to the anode solution is 3: 1.
제 1 항에 있어서,
상기 양극용액조의 pH가 일정 값 이상이거나 상기 음극용액조의 pH가 일정 값 이하이면 상기 양극용액조는 음극셀로 연결되고, 상기 음극용액조는 양극셀로 연결되는 것을 특징으로하는 역전기투석 발전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the positive electrode solution tank is connected to the negative electrode cell and the negative electrode solution tank is connected to the positive electrode cell when the pH of the positive electrode solution tank is equal to or greater than a predetermined value or the pH of the negative electrode solution tank is less than a predetermined value.
산화반응을 하여 전자를 공급하는 양극용액을 포함하는 양극셀과, 환원반응을 하여 전자를 받는 음극용액을 포함하는 음극셀과, 상기 양극셀과 음극셀 사이에 교대로 설치되어 복수의 유로를 형성하는 양이온 교환막 및 음이온 교환막을 구비하며, 상기 복수의 유로에서는 염수와 담수가 교대로 흐르고, 상기 양극용액과 상기 음극용액은 서로 혼합하지 않고 각각 양극용액조와 음극용액조를 통해 순환하는 것을 특징으로 하는 역전기투석 발전 시스템의 제어 방법에 있어서,
상기 발전 시스템의 양극용액조와 상기 음극용액조의 pH를 센싱하는 단계와, 상기 양극용액조의 pH값이 일정 수준 이하로 감소하거나 상기 음극용액조의 pH값이 일정 수준 이상으로 증가하면 상기 양극용액의 유량과 상기 음극용액의 유량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
A cathode cell including a cathode solution containing an anode solution for supplying electrons by an oxidation reaction and a cathode solution containing an electron by a reduction reaction; and a plurality of channels formed alternately between the anode cell and the cathode cell Wherein the anode solution and the anode solution are circulated through the anode solution tank and the anode solution tank without mixing with each other, and the cathode solution and the anion exchange membrane are alternately flowed in the plurality of flow paths, A control method of a reverse electrodialysis power generation system,
Sensing a pH of the anode solution tank and the anode solution tank of the power generation system; and controlling the flow rate of the anode solution when the pH value of the anode solution tank is decreased to a certain level or below, And adjusting the flow rate of the negative electrode solution.
제 5 항에 있어서,
상기 양극용액의 유량 대 상기 음극용액의 유량을 3 : 1로 유지하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the flow rate of the anode solution to the flow rate of the anode solution is maintained at 3: 1.
제 5 항에 있어서,
상기 양극용액조의 pH값이 일정 수준 이하로 감소하거나 상기 음극용액조의 pH값이 일정 수준 이상으로 증가하면 상기 양극용액조를 상기 음극셀에 연결하고 상기 음극용액조를 상기 양극셀에 연결하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
6. The method of claim 5,
When the pH value of the anode solution tank decreases to a certain level or when the pH value of the anode solution tank increases to a certain level or more, the anode solution tank is connected to the anode cell and the cathode solution tank is connected to the anode cell .
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