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해수담수화(Seawater desalination)를 위해 역삼투막 모듈(Reverse Osmosis module)을 적용하고 발전(Power Generation)을 위해 압력지연삼투막 모듈(Pressure Retarded Osmosis module)을 적용하는 해수담수화-발전 시스템에 있어서,저농도 유입수로 사용되는 지표수 또는 하수방류수가 저장된 저농도 유입수 저장조(170);역삼투막 모듈(140)에서 배출되는 역삼투 농축수가 압력지연삼투막으로 유입되도록 고농도 유도용매 유입배관(181)과 연결되는 압력지연삼투막 모듈(190);상기 압력지연삼투막 모듈(190) 전단의 고농도 유도용매 유입배관(181)의 일측 및 상기 저농도 유입수 저장조(170)와 연결된 저농도 유입수 배관(171) 일측에 연결된 각각의 샘플링 배관을 통해 연속적으로 시료를 채취하여, 상기 압력지연삼투막 모듈(190)의 압력별 플럭스 및 막오염을 평가하는 다채널로 압력지연삼투를 평가하는 다채널 압력지연삼투 평가장치(300);상기 다채널 압력지연삼투 평가장치(300)에서 평가된 데이터, 상기 고농도 유도용매 유입배관(181)과 상기 저농도 유입수 배관(171)으로부터 각각 채취된 시료의 유입 유량과 TDS(총 용존고형물)의 농도 데이터를 기반으로 내부 농도분극계수 및 외부 농도분극계수를 고려하여 최대전력밀도를 계산하여 상기 압력지연삼투막 모듈(190)을 제어하는 압력지연삼투 공정제어 유닛(400); 및상기 압력지연삼투 공정제어 유닛(400)에서 산출한 최대전력밀도를 유지하는 운전압력을 산출하여 상기 고농도 유도용매 유입배관(181) 상에 설치된 고농도 유도용매 펌프(180)를 피드백 제어하고, 상기 최대전력밀도가 설정전력밀도 이하로 유지될 경우, 상기 고농도 유도용매 펌프(180) 및 상기 압력지연삼투막 모듈(190) 분리막의 물리적 세정을 수행하도록 결정하는 세정 의사결정 제어부(500)를 포함하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 해수담수화-발전 시스템
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제1항에 있어서, 상기 다채널 압력지연삼투 평가장치(300)는 3개의 셀(310, 320, 330)로 구성되고, 각 셀(310, 320, 330)마다 상기 고농도 유도용매 농도의 삼투압을 기준으로 운전압력을 3등분하여 각각 다른 운전압력으로 상기 고농도 유도용매 및 상기 저농도 유입수를 실험적으로 평가하는 것을 특징으로 하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 해수담수화-발전 시스템
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제2항에 있어서,상기 압력지연삼투 공정제어 유닛(400)은 수치해석 연산을 통해 내부 농도분극계수 및 외부 농도분극계수를 고려한 전력밀도를 계산하고, 전력밀도함수 곡선을 작성하여 최대전력밀도를 유지하는 운전압력을 산출하며, 상기 압력지연삼투막 모듈(190) 전단의 상기 고농도 유도용매 유입배관(181) 상에 설치된 고농도 유도용매 펌프(180)의 운전압력을 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 해수담수화-발전 시스템
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제3항에 있어서, 상기 압력지연삼투 공정제어 유닛(400)은,상기 고농도 유도용매와 저농도 유입수 각각의 TDS(총 용존고형물) 및 유량을 측정한 데이터 및 상기 다채널 압력지연삼투 평가장치(300)에서 산출된 압력별 플럭스 및 막오염에 대한 데이터를 수집하는 데이터 수집부(410);상기 데이터 수집부(410)로부터 고농도 유도용매와 저농도 유입수 각각의 TDS(총 용존고형물) 및 유량을 측정한 데이터 및 상기 압력별 플럭스 및 막오염에 대한 데이터를 전달받아, 내부 농도분극계수 및 외부 농도분극계수를 고려한 전력밀도를 계산하고, 상기 압력지연삼투막 모듈(190)의 운전압력, 전력밀도 및 시스템 에너지를 결정하는 모델예측 제어부(420); 및상기 모델 예측 제어부(420)의 수치해석 결과에 따라 운전압력의 오차를 계산하고, 상기 계산된 운전압력의 오차에 따라 피드백 연산하여 상기 모델 예측 제어부(420)로 입력하여 보정하는 피드백 제어부(430)를 포함하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 해수담수화-발전 시스템
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제4항에 있어서, 상기 피드백 제어부(430)는,상기 모델 예측 제어부(420)의 제2 수치해석 연산부(423)에서 연산된 운전 압력의 오차를 계산하는 운전압력 오차 계산부(431); 및상기 운전압력 오차 계산부(431)에서 계산된 운전압력의 오차에 따라 피드백 연산하여 상기 모델 예측 제어부(420)의 모델 입력부(421)로 입력하는 피드백 연산부(432)를 포함하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 해수담수화-발전 시스템
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제1항에 있어서, 상기 세정 의사결정 제어부(500)는, 상기 다채널 압력지연삼투 평가장치(300) 및 상기 압력지연삼투 공정제어 유닛(400)에서 최종적으로 산출된 최대전력밀도를 유지하는 운전압력을 피드백 제어하여 상기 산출된 최대전력밀도가 설정전력밀도보다 작은지 판단하는 전력밀도 오차 계산부(510); 및상기 산출된 최대전력밀도가 설정전력밀도보다 작은 경우, 상기 역삼투막 모듈(140)의 최종처리수를 세정수로 하여 상기 압력지연삼투막 모듈(190)의 활성층과 지지층을 물리적으로 세정하도록 결정하고, 상기 세정수의 유속은 정상적인 상기 압력지연삼투막 모듈(190)의 운전조건에서 상기 고농도 유도용매의 유속을 기준으로 그 이상의 유속으로 세정하도록 결정하는 세정여부 결정 및 세정펌프 제어부(520)를 포함하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 해수담수화-발전 시스템
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제6항에 있어서, 상기 역삼투막 모듈(140)로부터 공급되는 역삼투 농축수는 상기 고농도 유도용매 펌프(180)의 물리적 세정을 수행하고, 상기 역삼투막 모듈(140)의 최종처리수는 분리막 세정수 라인(210)을 통해 공급되어 상기 압력지연삼투막 모듈(190)의 분리막을 세정하는 것을 특징으로 하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 해수담수화-발전 시스템
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해수담수화를 위해 역삼투막 모듈을 적용하고 발전을 위해 압력지연삼투막 모듈을 적용하는 해수담수화-발전 시스템의 압력지연삼투막 모듈의 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 방법에 있어서,a) 샘플링 배관을 통해 고농도 유도용매와 저농도 유입수 각각의 TDS 및 유량을 측정하는 단계;b) 다채널 압력지연삼투 평가장치(300)가 압력별 플럭스 및 막오염을 평가하는 단계;c) 내부 농도분극계수 및 외부 농도분극계수를 고려하지 않은 플럭스 및 전력밀도를 계산하여 설정전력밀도로 설정하는 단계;d) 압력지연삼투막 모듈(190) 분리막의 내부 농도분극계수 및 외부 농도분극계수를 산출하는 단계;e) 상기 내부 농도분극계수 및 외부 농도분극계수를 고려하여 운전압력별 전력밀도 곡선을 작성하고, 상기 운전압력별 전력밀도 곡선으로부터 수치해석 모델에 따라 최대전력밀도 및 운전압력을 도출하는 단계;f) 상기 운전압력 조건의 최대전력밀도를 기준으로 전체 시스템의 에너지 소모량을 계산하는 단계; 및g) 상기 도출된 최대전력밀도가 설정전력밀도보다 작은 경우, 상기 압력지연삼투막 모듈(190)의 분리막 및 고농도 유도용매 펌프(180)를 물리적으로 세정하는 단계를 포함하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 압력지연삼투막 모듈의 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 방법
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제8항에 있어서,h) 상기 도출된 최대전력밀도가 설정전력밀도보다 작지 않은 경우, 고농도 유도용액 펌프의 펌프 제어값으로 활용하고, 상기 압력지연삼투막 모듈(190)의 운전압력을 제어하여 삼투발전을 수행하는 단계를 추가로 포함하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 압력지연삼투막 모듈의 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 방법
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제8항에 있어서,상기 b) 단계의 상기 다채널 압력지연삼투 평가장치(300)는 3개의 셀(310, 320, 330)로 구성되고, 각 셀(310, 320, 330)마다 상기 고농도 유도용매 농도의 삼투압을 기준으로 운전압력을 3등분하여 각각 다른 운전압력으로 상기 고농도 유도용매 및 상기 저농도 유입수를 실험적으로 평가하는 것을 특징으로 하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 압력지연삼투막 모듈의 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 방법
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제8항에 있어서, 상기 c) 단계의 플럭스는 로 주어지고, 여기서, 는 분리막의 물 여과계수를 나타내고, 는 반사계수를 나타내며, 는 분리막의 삼투압 차이를 나타내고, 는 운전압력을 나타내며, 상기 c) 단계의 전력밀도()는 로 주어지는 것을 특징으로 하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 압력지연삼투막 모듈의 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 방법
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제8항에 있어서, 상기 d) 단계의 플럭스는 희석 외부 농도분극과 농축 내부 농도분극을 모두 고려하여 실제 분리막의 투과플럭스()로서, 로 주어지고, 여기서, 는 압력지연 삼투막 모듈 분리막의 물 여과계수를 나타내고, 는 분리막 표면에서의 유도용액 삼투압을 나타내며, 는 분리막 전체의 유도용액 삼투압을 나타내고, 는 염 여과계수를 나타내고, 는 물질전달계수를 나타내며, 는 용질 비저항을 나타내고, 는 벌크 삼투압을 나타내고, 는 운전압력을 나타내며, 상기 d) 단계의 플럭스()를 고려한 전력밀도()는, 로 주어지는 것을 특징으로 하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 압력지연삼투막 모듈의 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 방법
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제8항에 있어서, 상기 e) 단계의 수치해석 모델에 의해 산출된 전력밀도 곡선은 이차함수 식으로 나타내고, 이러한 수치해석에 의해 전력밀도가 최대가 되는 지점에서는 접선의 기울기가 "0"이 되는 해 값을 최대전력밀도로 하고, 상기 최대전력밀도를 유지하는 운전압력을 상기 수치해석 모델에 의하여 산출하는 것을 특징으로 하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 압력지연삼투막 모듈의 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 방법
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제8항에 있어서, 상기 g) 단계에서 역삼투막 모듈(140)로부터 공급되는 역삼투 농축수가 상기 고농도 유도용매 펌프(180)의 물리적 세정을 수행하고, 상기 역삼투막 모듈(140)의 최종처리수가 분리막 세정수 라인(210)을 통해 공급되어 상기 압력지연삼투막 모듈(190)의 분리막을 세정하는 것을 특징으로 하는 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 압력지연삼투막 모듈의 분리막과 유도용매 펌프를 세정하는 방법
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