KR100196746B1 - 2단 통과 전기 이온 제거 장치 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 속에 용해되어 있는 이온 성분이나 염을 완전하게 분리 제거하여 순수하게 처리하는 이온 제거 장치 모듈에 관한 것으로 종래의 전기 이온 제거 장치는 1단 통과만으로 처리하고, 상부에서 유체를 유입하여 하부로 유체를 배출하는 모듈로 유입수 수질의 이온 성분이 많은 경우 처리 효율이 낮고 특히 유입수에 부유 물질과 같은 이물질이 포함되어 있는 경우 스페이서에 충진된 이온교환수지에 걸려 오염되어 차압 상승을 유발하여 처리 효율을 낮추고 장치의 수명을 단축하게 하며, 충진된 이온교환수지 비중에 의한 분리 때문에 역세를 할 수 없는 모듈이다.

그러나 본 발명에서는 1단 통과 유체를 하부를 통해 유입하고 상부로 배출하여 2단에서는 상부로 유입 하부로 처리 배출하여, 1단에 위치한 스페이서의 처리 유체를 상부에 유입 하부로 배출하여 1단에서 걸러진 오염 물질을 역세에 의해 배출하여 이와 같은 문제를 해결하고 처리 효율과 수명을 연장시켰을 뿐만 아니라 유지 보수 및 운전이 간편하고 오염 물질 제거를 위해 오염시 시행하는 약품 세정을 획기적으로 줄인 전기 이온 제거 장치이다.

Description

2단 통과 전기 이온 제거 장치 모듈.

본 발명은 정수 장치에 관한 것으로 특히 유체 속에 용해되어 있는 이온 성분이나 염을 완전하게 분리 제거하여 순수하게 처리하는 2단 통과 전기 이온 장치 모듈에 관한 것이다.

실험실이나 발전 용수 및 정밀 화학 분야 기타 의약품의 제조시 사용되는 물은 불순물을 포함하지 않은 순수한 물을 사용하여야만 한다.

이와 같은 순수한 물을 얻기 위하여 유체속에 포함되어 있는 이온이나 염의 성분을 전기를 이용하여 분리하는 장치로서 일반적으로 사용하는 장치에는 전기 투석 장치와 전기 이온 제거 장치가 있다.

상기 전기 투석 장치는 이온교환막과 전기를 이용하여 유체 속의 이온이나 염의 성분을 분리하는 장치이다.

전기 투석 장치는 양이온교환막과 스페이서(SPACER) 및 음이온교환막을 1조로 셀 페어(CELL PAIR)를 구성하고, 이와 같은 셀 페어들을 여러개 연결하여 양극과 음극 사이에 설치하여 전기 투석 장치를 구성한다.

통상의 전기 이온 제거 장치에 있어서의 작동 원리는 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같은 원리로 작동된다.

즉 전기 이온 제거 장치에 있어서 적용되는 음이온교환막(41)은 음이온만을 통과시키는 특성이 있고, 양이온교환막(42)은 양이온만을 통과시키는 특성을 가지고 있으므로 이와 같은 특성을 이용하여 유체 내의 이온 성분을 분리하는 것이다.

제 6도는 일실시예로서 중앙 내측의 음이온교환막(41)과 양이온교환막(42) 사이의 처리수부(20)에는 이온교환수지(50)를 충진하고, 상기 음이온교환막(41)과 양이온교환막(42)의 외측에는 각각 또 다른 양이온교환막(42)과 음이온교환막(41)을 설치하여 농축부(30)를 형성한다.

이와 같이 배열 설치된 장치의 양측에 직류 전기를 공급하여 양측에 전극을 형성시켜 준 다음 처리할 유체를 처리수부(20)부분(DILUTE SPACER)으로 유입하면 이 유체 중의 음이온은 양극쪽으로 이동되며, 따라서 음이온만 통과되는 음이온교환막(41)을 통과하게 된다.

상기 음이온교환막(41)을 통과한 음이온은 + 전극과의 사이에 설치된 양이온교환막(42)에 의하여 이동이 차단되어 농축수부(CONCENTRATION SPACER)(30)에서 농축된다.

또한 이 유체등의 양이온은 음극쪽으로 이동되며, 양이온만 통과되는 양이온 교환막(42)을 통하여 이동하여 상기 음이온과 마찬가지로 타측의 농축수부(30)에 농축되어 유입유체에 의해 혼합되어 폐액으로 배출된다.

이렇게 하여 처리수 부분(DILUTE SPACER)의 유체는 이온이 제거되어 처리된 순수한 유체를 얻게 된다.

또한 상기 전기 투석 장치의 원리에 이온교환수지를 적용하여 효율을 높이고 처리 순도를 높인 장치로서 도 8에 도시된 바와 같은 유체의 흐름으로 처리되는 전기 이온 제거 장치가 널리 사용되고 있다.

상기 도 8은 상기 도 6 또는 도 7과 같은 장치를 다수개 적층하여 구성되는 것이다.

즉 이와 같은 종래의 전기 이온 제거 장치의 구성은 양이온교환막(42)과 음이온교환막(41) 사이의 처리수부(DILUTE SPACER)(20)에 이온교환수지(50)를 충진하여 하나의 셀을 구성하고 농축수부(CONCENTRATION SPACER)(30)에는 스크린 스페이서(SCREEN SPACER)나 이온교환수지를 충진한 스페이서를 적용하여 음극과 양극 사이에 이를 여러개 조립하여 구성한다.

이와 같은 전기 이온 제거 장치의 작동 원리에 있어서 유체의 흐름은 도 8에 도시된 바와 같다.

상기와 같은 종래의 전기 이온 제거 장치는 단일 통과 유로를 통하여 처리되기 때문에 유입수의 수질이 나쁜 경우 처리수 수질이 떨어지는 단점이 있다.

또한 종래의 전기 이온 제거 장치는 도 8에 도시된 바와 같이 유체의 흐름이 상부에서 하부로만 통과되는 방식으로 유입 유체가 부유 물질과 같은 이물질이 유입되는 경우 농축부 스페이서(30)나 처리부 스페이서(20)에 충진된 이온 교환수지 상부에 걸리게 되어 유체의 흐름을 방해하며, 압력 손실을 증가시켜, 장치 운전을 어렵게 한다.

또한, 스페이서 내부에 충진되어 있는 이온교환수지가 양이온교환수지와 음이온교환수지로 균일하게 혼합되어 있는 이유로 역세를 하는 경우 균일하게 혼합된 수지가 비중 차에 의해 분리가 일어나게 되어 처리수의 효율을 저하시키게 된다.

즉, 양이온교환수지는 비중이 음이온교환수지보다 크기 때문에 역세를 하는 경우 음이온교환수지는 상부에 양이온교환수지는 하부에 위치하게 된다.

이와 같이 기존의 전기 이온 제거 장치는 스페이서 내부에 이물질에 의해 오염되는 경우 특히 부유 물질 유입에 의해 오염되는 경우 부유 물질 배출이 불가능한 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명에서는 전기 이온 제거 장치를 2단통과 유로를 가지고 처리되도록 하는 구조로서 장치의 구조를 단순히 하면서도 작용 효과를 배가시킨 2단통과 전기 이온 제거 장치 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 처리 유로의 길이를 증가시키기 위하여 2단통과 유로를 고려 1단에서는 하부에서 상부로 유로가 형성되어 처리되며, 2단에서는 폴리싱 처리를 위하여 상부에서 하부로 유로가 형성되어 미세처리가 가능하며, 1단 통과 유로가 하부에서 상부로 형성되어 처리되도록 한 것은 공급수에 포함되어 유입되는 부유물과 같은 이물질에 의해 처리부 스페이서 내부의 이온교환수지나, 농축부 스페이서 내부의 충진물이 오염되는 경우 쉽게 역세에 의해 제거할 수 있도록 하여 처리 효율을 극대화할 수 있음을 특징으로 한다.

또한 기존의 전기 이온 제거 장치는 장치 내부 오염시 전체를 화학 세정하여야 한다.

그러나 본 발명에서는 1단 통과 유로 에서만 대부분이 오염되기 때문에 장치내부 전체를 화학 세정할 필요가 없으며 1단 부분만 도 5에 도시된 바와 같이 역세와 동일한 방법으로 처리수 출구와 농축폐수출구의 밸브를 닫고 역세입구로 화학약품을 주입하여 세정을 해주면 2단은 출구의 밸브가 닫혀 있어 통과되지 못하고 1단의 이온제거부와 농축부 유체 입구가 열려 이를 통해 1단만 세정 배출되기 때문에 화학 세정 약품 소모량과 화학세정시 발생되는 폐액의 발생량을 획기적으로 줄일 수 있음을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명 2단 통과 전기 이온 제거 장치 분해 사시도

도 2는 제 1도에 도시된 본 발명의 분리 장치 모듈의 셀페어 부분에 대한 분해사시도.

도 3은 본 발명의 공정 유체 흐름도.

도 4는 본 발명의 또 다른 공정 유체 흐름도.

도 5는 본 발명의 1단 화학 세정 방법.

도 6은 전기 이온 제거 장치의 원리도.

도 7은 전기 이온 제거 장치 또 다른 원리도.

도 8은 종래의 전기이온 제거장치의 공정유체 흐름도.

* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 *

110:덮개111,112:역세수입구

113:농축부스페이서 유체유입구

114:처리부스페이서 유체유입구

115:농축수 출구116:처리수 출구

120:전극지지판200:셀페어

210:전극부 스페이서220:처리부 스페이서

221,222,231,232:상부유체유로

223,224,233,234:하부유체유로

230:농축부 스페이서

240:이온교환막250:이온교환수지

이하 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 주요 부분 분해사시도로서 구성은 다음과 같다.

사각형의 모듈 몸체의 좌우측에 덮개(110)가 설치되며, 일측 측면에 처리부 스페이서 유체유입구(114), 농축부 스페이서 유체 유입구(113), 역세수 입구(111, 112)와 타측에 농축수 출구(115), 처리수 출구(116)가 각각 구비되어 있다.

덮개(110)의 내측으로는 각각 양의 전극과 음의 전극이 설치 부착되는 전극지지판(120)이 설치되며 양의 전극과 음의 전극에는 각각 전극 연결부가 외부로 돌출 되어 있다.

내부에는 직사각형판 형태로 된 다수의 처리부 스페이서(220)와 농축부 스페이서(230)와 이온교환막으로 구성된 셀페어(200)가 연속적으로 밀착 적층되어 있으며 상부와 하부에는 유체가 통과할 수 있는 유로가 있다.

상기 도 1에서 내부에 다수개가 연속적으로 적층 설치되는 농축부 스페이서(230)와 처리부 스페이서(220)를 이루는 셀페어(200)는 도 2와 같이 사각형의 형태이다.

도 2의 각 스페이서(220, 230)는 폴리프로필렌과 같은 고분자 폴리머나 전도성 폴리머로 만들어지며, 이온교환막과 같은 재질인 경우 부착되는 이온교환막(240)과 한 몸체로 만들어질 수도 있다.

셀 스페이서(220, 230)의 상부와 하부에는 상부 유체유로 1개, 상부통과 유체유로 1개, 하부 유체유로 1개 및 하부통과 유체유로 1개로 구성된다.

본 발명의 전기 이온 제거 장치를 더욱 구체적으로 설명하면 모듈을 이루는 모듈 몸체와 덮개(110)의 내부에는 양단에 각각 양의 전극과 음의 전극이 배치되고 내측에 각각 전극부 스페이서가 설치된다.

상기 전극부 스페이서의 내측에는 농축부 스페이서(230), 처리부 스페이서(220)와 이온교환막(240)과 이온교환수지(250)로 이루어진다.

즉 상기 처리부 스페이서(220)의 한쪽면에는 이온교환막(240)을 부착하고 상기 처리부 스페이서(220)내부에 양이온교환수지 또는 음이온교환수지 또는 양이온교환수지와 음이온교환수지가 혼합된 혼합수지(250)를 채운다.

농축부 스페이서(230)의 옆부분(즉, 처리부 스페이서(220)와 연결부위)에는 처리부 스페이서(220)와 부착된 이온교환막과 서로 다른 이온교환막을 부착한다. 즉 처리부 스페이서(220)에 양이온교환막을 부착한 경우 농축부 스페이서(230)에는 음이온교환막을 부착한다. 또한 상기 스페이서의 내부에는 이온교환수지(양, 음이온교환수지 혹은 혼합수지)를 채운다. 농축부 스페이서(230)는 이온교환수지가 충진되지 않은 망사형 형태로 사용되는 경우 처리부 스페이서(220)의 윗부분에 처리부 스페이서(220)에 부착된 이온교환막과 다른 이온교환막을 부착하고 그 위에 농축부 망사형 스페이서를 놓아 모듈을 구성한다.

본 발명의 조립 상태는 도 1에 도시된 바와 같이 덮개는 모듈 몸체와 밀봉되어 유체가 유출되지 않도록 하며, 상기 덮개(110)는 볼트와 너트에 의해 고정되어 장치를 구성한다.

이와 같은 구성된 본 발명의 작용을 살펴본다.

유체가 모듈 몸체의 유체유입구(113, 114)를 통해 유입되면 유입된 유체는 모듈 몸체내에서 상하부에 설치된 양의 전극과 음의 전극사이에 다단계로 설치된 농축부 스페이서(230)와 처리부 스페이서(220)로 유입되게 된다.

즉 유체가 1단의 처리부 스페이서(220)의 하부 유체유로(223)를 통하여 유입되면 처리부 스페이서 내부를 따라 2단의 처리부 스페이서(220)의 상부 유체유로(221)를 통하여 유입되어 2단의 처리부 스페이서 내부를 따라 지나면서 또 한번 더 처리되어 2단의 처리부 스페이서(220)의 하부 유체유로(223)를 통해 배출된다.

또한 유체가 1단 혹은 2단의 농축부 스페이서(230)의 하부 유체유로(233)를 통하여 유입되면 농축부 스페이서 내부를 따라 지나면서 농축된 유체는 농축부 스페이서의 상부 유체유로(231)를 통해 2단의 농축부 스페이서(230) 상부 유체유로(231)를 통하여 유입되어 2단의 농축부 스페이서 내부를 따라 지나면서 또 한번더 농축되어 2단의 농축 스페이서의 하부 유체유로(233)를 통해 배출된다.

그리고 전극은 좌측과 우측의 덮개 부분에 부착되어 있는 전극지지판에 부착되고 이 전극과 접하여 망사형의 전극부 스페이서(210)가 있어 상기 전극부 스페이서(210)를 통해 유체가 유입되어 전극을 따라 흐르고 덮개 부분에 위치한 전극부 유체 출구를 통해 외부로 배출된다.

본 발명의 모듈은 기존의 장치 형태와는 다른 새로운 2단 통과 형태의 장치 모듈로서 다음과 같은 장점을 갖는다.

첫째 : 기존 장치 형태의 모듈은 1단 통과 모듈로 유입수 수질이 나쁜 경우

처리 효율이 높지 않다.

그러나 본 발명에서는 2단통과 모듈로 유입수 수질이 나쁜 경우라도

처리가 원활하며 처리 수질의 효율을 더 높일 수 있다.

둘째 : 기존 장치 형태의 모듈은 상부에서 유입하여 하부로 배출 처리되는

형태이다.

그러나 본 발명에서는 1단은 하부에서 유입되어 상부로 처리 배출되어 2단으로 유입되며 2단에서는 상부에서 유입되어 하부로 처리 배출

되는 형태로 통과 유로를 길게 하여 처리 효율을 높였다.

셋째 : 기존 장치 형태의 모듈은 유입 유체에 부유 물질과 같은 이물질이 있는 경우 쉽게 오염되어 장치의 수명 단축과 처리 효율을 저하시키는 원인으로 유입수의 이물질 제한치가 엄격하였다.

그러나 본 발명에서는 1단의 스페이서 하부로 유입되기 때문에 이물

질이 하부에서 여과되어 상부나 2단의 스페이서 오염을 방지하며

오염된 경우 역세에 의해 제거할 수 있어 쉽게 오염을 제거할 수

있으며 장치의 수명과 처리 효율을 높였다.

넷째 : 기존 장치의 모듈은 역세를 하는 경우 스페이서 내부에 충진된 이온

교환수지가 비중차에 의해 분리되어 역세를 할 수 없었다.

그러나 본 발명은 1단에서 충진된 이온교환수지의 일부 분리가 일어

나더라도 2단에서 다시 처리를 하기 때문에 처리 효율이나 장치 운전

에 문제점을 야기시키지 않는다.

본 발명에서도 2단에서는 역세를 할 수 없으며 2단 역세시는 기존

장치와 같이 효율저하를 가져올 수 있다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명의 모듈은 2단으로 장치를 구성할 수 있도록 한 새로운 형태의 모듈로 특히 유입수의 이물질에 의한 오염을 최소화할 수 있도록 역세에 의해 오염 물질을 제거할 수 있고 처리유로를 2단으로 하여 1단에서는 거친 처리를 하고 2단에서 상세 처리를 할 수 있는 새로운 형태의 모듈이다.

Claims (7)

1. 좌측과 우측 덮개의 내측에 하나의 양의 전극과 하나의 음의 전극을 가지며, 상기 전극내측에는 이온교환막과 농축부 스페이서와 처리부 스페이서가 이루는 셀페어가 다수개 적층 설치되어 초기 처리되는 1단과 폴리싱 처리되는 2단으로

   구성되는 것을 특징으로 하는 2단 통과 전기이온 제거장치 모듈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 1단을 통과하는 유체는 하부로 유입되어 처리된 후 상부로 배출되며, 상기 1단처리 유체는 다시 2단의 상부로 유입되어 처리된 후 하부로 배출되는 것을 특징으로 하는 2단 통과 전기이온 제거장치 모듈.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 1단과 2단의 유체흐름을 변경하기 위하여 1단 통과유로와 2단통과유로 사이의 농축부 스페이서 혹은 처리부 스페이서 및 이온교환막에 유체가 통과할 수 없도록 하여 유체흐름을 변경하도록 하는 것을 특징으로 하는 2단 통과 전기이온 제거장치 모듈.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 셀페어의 처리부 스페이서 하부로 유입되는 유체와 농축부 스페이서 하부로 유입되는 유체의 방향이 같은 방향에서 유입되도록 함을 특징으로 하는 2단 통과 전기이온 제거장치 모듈.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 셀페어의 처리부 스페이서 하부로 유입되는 유체와 농축부 스페이서 하부로 유입되는 유체의 방향이 서로 다른 방향에서 유입되도록 함을 특징으로 하는 2단 통과 전기이온 제거장치 모듈.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 셀페어의 처리부 스페이서와 농축부 스페이서 1단의 역 세척을 위해 모듈 덮개상부의 역세수 입구(111, 112)를 통해 처리수를 공급하여 역세하도록 함을 특징으로 하는 2단 통과 전기이온 제거장치 모듈.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 셀페어의 처리부 스페이서와 농축부 스페이서의 화학세정을 위하여 모듈덮개 상부의 역세수입구(111, 112)를 통해 세정약품을 공급하여 1단만을 세정하여 약품소모량과 폐액발생을 최소화하도록 함을 특징으로 하는 2단 통과 전기이온 제거장치 모듈.

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