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공기간극형 막증류(Air Gap Membrane Distillation: AGMD) 모듈을 이용한 해수담수화 시스템에 있어서,폐열(Waste Heat)을 공급하는 폐열 공급부(110);해수 유입수가 소정 범위의 온도를 유지하도록 상기 폐열 공급부(110)로부터 공급되는 폐열을 통해 가열하는 가열용 열교환기(120);상기 가열용 열교환기(120)가 내부에 설치되고, 상기 가열용 열교환기(120)에 의해 가열된 해수 유입수가 저장되며, 상기 해수 유입수의 온도를 조절 및 제어하여 공급하는 유입수조(130); AGMD 모듈 케이스(151), 소수성 분리막(152), 공기간극층(153) 및 냉각부재(154)로 이루어지고, 상기 유입수조(130)에서 공급되는 해수 유입수로부터 증기만을 분리하여 응축시켜 담수를 생산하는 AGMD 모듈(150);상기 AGMD 모듈(150)의 전단에 설치되고, 상기 유입수조(130)로부터 공급되는 해수 유입수를 상기 AGMD 모듈(150)의 소수성 분리막(152)으로 공급하도록 순환시키는 유입수 순환펌프(140);상기 AGMD 모듈(150)의 후단에 설치되고, 상기 AGMD 모듈(150) 내의 공기간극층(153)의 온도를 유지하기 위한 냉각수를 상기 AGMD 모듈(150) 내부의 냉각부재(154)를 통과하도록 순환시키는 냉각수 순환펌프(160);상기 AGMD 모듈(150) 및 냉각수 순환펌프(160) 사이에 설치되고, 상기 AGMD 모듈(150)의 냉각부재(154)를 통과하여 감온된 냉각수가 소정 범위의 온도를 유지할 수 있도록 냉각시키는 냉각용 열교환기(170); 및상기 AGMD 모듈에서 생산된 담수를 수집하는 생산수조(180)를 포함하되,상기 AGMD 모듈(150)은, 표면이 소수성이고 다공성인 분리막으로서, 상기 해수 유입수로부터 증기만을 분리하여 투과시키는 소수성 분리막(152); 상기 소수성 분리막(152)의 투과되는 측면에 형성되고, 소정 범위의 온도를 유지하여 증기압을 낮추도록 공기간극(Air Gap)이 형성된 공기간극층(153); 상기 공기간극층(153)의 온도를 유지시키며, 상기 소수성 분리막(152)을 통해 투과된 증기를 응축시키기 위한 냉각수를 통과시키는 냉각부재(154); 및 상기 소수성 분리막(152) 및 상기 냉각부재(154)가 다단으로 탑재되는 AGMD 모듈 케이스(151)를 포함하며;상기 AGMD 모듈의 소수성 분리막(152) 및 냉각부재(154)는 담수 생산량을 조절할 수 있도록 상기 AGMD모듈 케이스(151) 내에 각각 다단으로 설치되고 선택적으로 운영되며; 상기 다단으로 설치되는 소수성 분리막(152) 간의 간격은 1~4㎜의 범위이고, 상기 소수성 분리막(152)과 응축을 위한 냉각부재(154)와의 간격은 상기 소수성 분리막(152) 간의 간격과 동일하게 1~4㎜의 범위로 형성되며; 상기 AGMD 모듈 케이스(151)는 응축된 증기를 수집하여 상기 생산수조(180)로 보내기 위한 담수 배출포트(155)가 하부에 형성되고, 상기 생산수조(180)는 상기 AGMD 모듈(150)에 의해 생산된 담수를 수집하고, 별도의 동력원을 이용하지 않고 전력사용량을 최소화하도록 상기 AGMD 모듈(150)의 담수 배출포트(155)보다 낮은 위치에 설치하여 자연유하식으로 담수를 수집하는 것을 특징으로 하는 공기간극형 막증류 모듈을 이용한 해수담수화 시스템
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제1항에 있어서, 상기 소수성 분리막(152)은 폴리에틸렌(Polyethylene: PE) 계열, 폴리프로필렌(Polypropylene: PP) 계열, 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride: PVDF) 계열 또는 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethylene: PTFE) 계열의 고분자로 구성되며, 상기 소수성 분리막(152)은 관형, 중공사형 또는 모세관형(Capillary)의 분리막 구조로 다단으로 설치되며, 상기 소수성 분리막(152)에 형성되는 세공(Pore)의 크기는 0
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제1항에 있어서, 상기 냉각부재(154)는 세공(Pore)이 없는 냉각관 또는 냉각판이고, 상기 냉각관 또는 냉각판은 상기 AGMD 모듈(150) 내의 소수성 분리막(152)과의 온도차를 발생시켜 증기압 차이를 생성할 수 있도록 냉각수를 통과시키는 것을 특징으로 하는 공기간극형 막증류 모듈을 이용한 해수담수화 시스템
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제1항에 있어서,상기 폐열 공급부(110)에서 공급하는 폐열은 지열, 산업폐열, 태양열 또는 해수열원 중 어느 하나 이상을 포함하는 공기간극형 막증류 모듈을 이용한 해수담수화 시스템
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제10항에 있어서, 상기 유입수조(130)는 해수 유입수를 50~80℃의 범위로 가열 및 유지하기 위해, 상기 폐열을 재활용할 수 있는 가열용 열교환기(120)가 내부에 설치되고, 상기 가열용 열교환기(120)에 의해 가열되어 상기 AGMD 모듈(150) 내부의 소수성 분리막(152)으로 이동하는 해수 유입수의 온도가 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기간극형 막증류 모듈을 이용한 해수담수화 시스템
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제1항에 있어서,상기 냉각수 순환펌프(160)는 5~20℃의 범위의 해수 또는 수돗물인 냉각수를 상기 AGMD 모듈(150)의 냉각부재(154)에 공급하여 상기 AGMD 모듈(150) 내의 공기간극층(153)의 온도가 15~25℃의 범위로 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기간극형 막증류 모듈을 이용한 해수담수화 시스템
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공기간극형 막증류(AGMD) 모듈을 이용한 해수담수화 방법에 있어서,a) 폐열을 이용하는 가열용 열교환기(120)에 의해 해수 유입수를 가열하여 유입수조(130)에 저장하는 단계;b) 유입수 순환펌프(140)를 사용하여 상기 유입수조(130)에 저장된 해수 유입수를 순환시키는 단계;c) 상기 순환되는 해수 유입수를 AGMD 모듈 케이스(151), 소수성 분리막(152), 공기간극층(153) 및 냉각부재(154)로 이루어진 AGMD 모듈(150)을 통과시키는 단계;d) 냉각수가 상기 AGMD 모듈(150)의 냉각부재(154)를 통과하도록 냉각수 순환펌프(160)를 사용하여 순환시키는 단계;e) 상기 AGMD 모듈(150)을 통과하는 해수 유입수가 상기 AGMD 모듈(150)의 소수성 분리막(152)과 냉각부재(154) 간의 온도 차이에 따라 증기압 차이를 발생하고, 상기 소수성 분리막(152) 표면에서 증기를 형성하면서 상기 소수성 분리막(152)의 세공(Pore)으로 증기가 투과되는 단계;f) 상기 투과된 증기가 상기 AGMD 모듈 케이스(151) 내부에 배치된 냉각부재(154)에 의해 응축되면서 담수를 생산하는 단계; 및g) 상기 생산된 담수를 생산수조(180)로 이동시켜 수집하는 단계를 포함하되,상기 c) 단계의 AGMD 모듈(150)은, 표면이 소수성이고 다공성인 분리막으로서, 상기 해수 유입수로부터 증기만을 분리하여 투과시키는 소수성 분리막(152); 상기 소수성 분리막(152)의 투과되는 측면에 형성되고, 소정 범위의 온도를 유지하여 증기압을 낮추도록 공기간극(Air Gap)이 형성된 공기간극층(153); 상기 공기간극층(153)의 온도를 유지시키며, 상기 소수성 분리막(152)을 통해 투과된 증기를 응축시키기 위한 냉각수를 통과시키는 냉각부재(154); 및 상기 소수성 분리막(152) 및 상기 냉각부재(154)가 다단으로 탑재되는 AGMD 모듈 케이스(151)를 포함하며,상기 AGMD 모듈(150)의 소수성 분리막(152) 및 냉각부재(154)는 담수 생산량을 조절할 수 있도록 상기 AGMD모듈 케이스(151) 내에 각각 다단으로 설치되며, 상기 다단으로 설치되는 소수성 분리막(152) 간의 간격은 1~4㎜의 범위이고, 상기 소수성 분리막(152)과 응축을 위한 냉각부재(154)와의 간격은 상기 소수성 분리막(152) 간의 간격과 동일하게 1~4㎜의 범위로 형성되며; 상기 AGMD 모듈 케이스(151)는 응축된 증기를 수집하여 상기 생산수조(180)로 보내기 위한 담수 배출포트(155)가 하부에 형성되고, 상기 생산수조(180)는 상기 AGMD 모듈(150)에 의해 생산된 담수를 수집하고, 별도의 동력원을 이용하지 않고 전력사용량을 최소화하도록 상기 AGMD 모듈(150)의 담수 배출포트(155)보다 낮은 위치에 설치하여 자연유하식으로 담수를 수집하는 것을 특징으로 하는 공기간극형 막증류 모듈을 이용한 해수담수화 방법
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