KR100698580B1 - 전기이온제거장치의 전극수 순환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기이온제거장치의 스페이서를 통과하면서 형성되는 전극수에 관한 것으로; 양이온교환막(222)과 음이온교환막(221)의 사이에 다수개의 처리부스페이서(200)와 농축부스페이서(210)를 구성하고, 상기 처리부스페이서(200)에 이온교환수지(240)를 충진하여 하나의 셀페어를 구성하고 상기 농축부스페이서(210)에 스크린스페이서나 이온교환수지(240) 또는 전도성촉매(241)를 충진한 셀모듈부와; 상기 셀모듈부들의 상하부에 각각 배치된 음의전극(140)과 양의전극(130)의 표면에 플라스틱망사(231)를 접착한 전극부스페이서(230)를 각각 구성하여 전원을 공급하는 전극부 및; 상기 음의전극(140)과 마주하는 전극부스페이서(230)에 연결된 회수배관(124)을 통해 전극수탱크(120)로 전극수를 회수하여, 상기 전극수탱크(120)에 연결된 리턴배관(125)을 통해 상기 양의전극(130)과 마주하는 전극부스페이서(230)로 전극수를 리턴시키는 리턴배관(125)이 장착된 전극수리턴부로 이루어져; 전극수를 버리지 않아 전극수의 소모가 최소화됨은 물론 전극에 경도성분에 의한 스케일의 생성이 방지되어 장치의 효율을 높일 수 있게 한 것이다.

전기이온제거장치, 전극수탱크, 순환펌프, 회수배관, 리턴배관

Description

전기이온제거장치의 전극수 순환 장치 {Device for circulation the electrode water for electrodeionization apparatus}

도 1은 종래 기술에 따른 전기이온제거장치의 유체흐름을 도시한 개략도,

도 2는 종래 및 본 발명에 따른 전극부의 작동원리를 도시한 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 전기이온제거장치의 유체흐름을 도시한 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 전기이온제거장치

120 : 전극수탱크 121 : 순환펌프

122 : 냉각기 124 : 회수배관

125 : 리턴배관 130 : 양의전극

140 : 음의전극 210 : 농축부스페이서

220 : 바이폴라이온교환막 221 : 음이온교환막

230 : 전극부스페이서 231 : 플라스틱망사

240 : 이온교환수지 241 : 전도성촉매

본 발명은 전기이온제거장치의 스페이서를 통과하면서 형성되는 전극수에 관한 것으로, 특히 전극수에 경도성분 등이 존재하지 않은 상태에서 순환되게하여 전극수의 소모를 최소화시킴을 물론 장치의 효율을 증대시킬 수 있도록 한 전기이온제거장치의 전극수 순환 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기이온제거장치는 음의전극과 양의전극의 사이에 전극수스페이서를 포함한 스페이서들을 순차적으로 조립하여 셀모듈을 구성한 것으로서, 이 전기이온제거장치는 유체속에 용해되어 있는 불순물을 정수하여 발전소 등에 요구되는 순수나 초순수를 제조하게 된다.

즉, 도 1과 도 2에서와 같이, 전기이온제거장치는 양이온교환막(222)과 음이온교환막(221)의 사이에 처리부스페이서(200)와 농축부스페이서(210)를 연속 구성하고, 상기 처리부스페이서(200)에 이온교환수지(240)를 충진하여 하나의 셀페어(cell pair)를 구성하고 상기 농축부스페이서(210)에 스크린스페이서(screen spacer)나 이온교환수지(240) 또는 이와 특성이 유사한 전도성촉매(241)를 충진한 스페이서를 적용하여, 음의전극(140)과 양의전극(130)의 사이에 대수개의 스페이서를 조립하여 셀모듈을 구성한다.

또한, 양의전극(130)의 표면에 전극수가 접촉하며 흐를 수 있도록 플라스틱망사(231)를 장착한 전극부스페이서(230)가 배치되며, 양의전극(130)과 마주하는 전극부(230)에 양이온교환막(222)이 부착된다.

또한, 음의전극(140)의 표면에 상기한 양의전극(130)과 동일한 성질을 갖는 또다른 전극부스페이서(230)가 배치되며, 음의전극(140)과 마주하는 전극부스페이서(230)에 음이온교환막(221)이 부착된다.

이때, 도 1의 미설명된 부호 250은 순환펌프이다.

상기한 전기이온제거장치(110)의 작동원리는 도 1과 같다.

즉, 전기이온제거장치(110)에 유입된 유체가 처리부스페이서(200)와 농축부스페이서(210)를 연속적으로 통과하면서 재처리되며, 특히 농축수의 일부를 전극부스페이서(230)의 흐름유체(전극수)로 사용하여 각각의 전극에 인접한 전극부스페이서(230)에 통과시키면서 전기를 공급하고, 또 전극부스페이서(230)를 통과하는 물은 플라스틱망사(231)를 통과하면서 냉각되는 형태로 배출된다.

그런데, 전극부스페이서(230)의 플라스틱망사(231)를 통과하면서 냉각되는 형태로 사용된 물은 순환되지 못하고 외부로 배출되어 버려지므로 전극수의 사용량이 증가됨은 물론 전극수를 자주 보충해주어야 하므로 보충작업에 따른 작업공정수가 추가되고 불편한 문제점이 있었다.

그리고, 전극수에 포함된 경도성분에 의해 음의전극(140)에서는 스케일오염이 형성되고 양의전극(130)에서는 염소성분이 전기분해되어 염소가스나 산화성잔류염소(HOCl, OCl-)가 발생하므로, 음이온교환막(221)을 손상시켜 장치의 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전극수에 경도성분 등이 존재하지 않은 상태에서 순환되게하여 전극수의 소모를 최소화시킴을 물론 장치의 효율을 증대시킬 수 있도록 한 전기이온제거장치의 전극수 순환 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양이온교환막과 음이온교환막의 사이에 다수개의 처리부스페이서와 농축부스페이서를 구성하고, 상기 처리부스페이서에 이온교환수지를 충진하여 하나의 셀페어를 구성하고 상기 농축부스페이서에 스크린스페이서나 이온교환수지 또는 전도성촉매를 충진한 셀모듈부와; 상기 셀모듈부들의 상하부에 각각 배치된 음의전극과 양의전극의 표면에 플라스틱망사를 접착한 전극부스페이서를 각각 구성하여 전원을 공급하는 전극부 및; 상기 음의전극과 마주하는 전극부스페이서에 연결된 회수배관을 통해 전극수탱크로 전극수를 회수하여, 상기 전극수탱크에 연결된 리턴배관을 통해 상기 양의전극과 마주하는 전극부스페이서로 전극수를 리턴시키는 리턴배관이 장착된 전극수리턴부로 이루어진 것을 특징적 구성으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 종래 및 본 발명에 따른 전극부의 작동원리를 도시한 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전기이온제거장치의 유체흐름을 도시한 개략도로서, 양이온교 환막(222)과 음이온교환막(221)의 사이에 다수개의 처리부스페이서(200)와 농축부스페이서(210)를 구성하고, 상기 처리부스페이서(200)에 이온교환수지(240)를 충진하여 하나의 셀페어를 구성하고 상기 농축부스페이서(210)에 스크린스페이서나 이온교환수지(240) 또는 전도성촉매(241)를 충진한 셀모듈부와; 상기 셀모듈부들의 상하부에 각각 배치된 음의전극(140)과 양의전극(130)의 표면에 플라스틱망사(231)를 접착한 전극부스페이서(230)를 각각 구성하여 전원을 공급하는 전극부 및; 상기 음의전극(140)과 마주하는 전극부스페이서(230)에 연결된 회수배관(124)을 통해 전극수탱크(120)로 전극수를 회수하여, 상기 전극수탱크(120)에 연결된 리턴배관(125)을 통해 상기 양의전극(130)과 마주하는 전극부스페이서(230)로 전극수를 리턴시키는 리턴배관(125)이 장착된 전극수리턴부로 구성된다.

여기서, 본 발명에 따른 전극수 회수장치는, 모듈몸체가 원통형으로 구성된 것으로서, 그 상부와 하부에 위치하는 전극에 경도성분과 염소이온 성분이 제거된 연수 또는 순수를 공급하며, 특히 이 순수에 전기 잘 통하도록 전해액(산, 염기, 염 등)과 같은 염을 첨가하여 전극수로 사용하는 특징이 있다.

이로 인해, 양의전극(130)에 공급되는 전극수에 경도성분과 염소이온성분 등과 같은 오염성분들이 제거되어 스케일의 형성이 근본적으로 방지될 뿐만 아니라 양극에서는 염소가스와 산화성잔류염소(HOCl, OCl-)의 생성이 방지되어 전극과 인접한 이온교환막의 손상을 억제하는 것이다.

그리고, 양/음의전극(130,140)을 통해 전기가 흐를 때 생성되는 열은 전극수가 냉각시키며, 온도상승된 전극수는 다시 냉각기(122)가 다시 냉각시켜 전극수를 순환시키므로, 전극수의 소모를 줄이고 탈염성능을 안정화시킬 수 있는 것이다.

한편, 본원발명의 셀모듈부와 전극부는 본원출원인에 의해 출원되어 등록된 국내특허(10-356235호)에 공지된 내용과 유사하여 상세한 설명은 생략하며, 다만 셀모듈부와 전극부에 전극수리턴부가 더 장착된 것에 차이점이 있다.

그리고, 양의전극(130)과 음의전극(140)의 내측에 각각 전극부스페이서(230)가 설치되고, 이 전극부스페이서(230)에는 플라스틱망사(231)가 사용되며, 전극부스페이서(230)에는 바이폴라이온교환막(220)이 부착된다.

또한, 양의전극(130)과 음의전극(140)의 사이에는 농축부스페이서(210), 처리부스페이서(200)와 양음이온교환막과 이온교환수지(240)가 개재된다.

여기서, 전극수리턴부는, 음의전극(140)과 마주하는 전극부스페이서(230)에 연결되어 전극수를 회수하는 회수배관(124)과, 이 회수배관(124)에 연결되어 회수되는 전극수를 수용하는 전극수탱크(120) 및, 이 전극수탱크(120)에 연결되어 상기 양의전극(130)과 마주하는 전극부스페이서(230)로 전극수를 리턴시키는 리턴배관(125)으로 구성된다.

또한, 리턴배관(125)의 관로상에 장착되어 전극수를 순환시키는 순환펌프(121)와 전극수를 냉각시키는 냉각기(122)가 장착된다.

한편, 도 2는 본 발명에 따른 전극부의 원리도를 나타낸 것으로 종래기술과 작동구조가 실질적으로 동일하며, 다만 종래의 전기이온제거장치의 경우 양극부분에는 양이온교환막이 부착되는 반면 음극에는 음이온교환막이 부착되었지만, 본원발명에서는 양의전극(130)과 음의전극(140)에 마주하는 이온교환막이 바이폴라이온 교환막(220)이 부착된 것에 차이점이 있다.

그 이유는, 종래의 전기이온제거장치의 경우 순수에 첨가된 염이 순환 횟수가 증가할수록 농축 스페이서 쪽으로 빠져나가 제거되기 때문에 정기적으로 염을 첨가해주어야 하기 때문이다.

그러나, 본원발명에서와 같이 전기이온제거장치의 이온교환막으로서 바이폴라이온교환막을 사용하면, 전극수를 순환하여 사용하여도 전극수내의 염 성분이 제거되지 않고 유지되는 것이다.

이때, 바이폴라이온교환막(220)은, 그 일면이 양이온교환막의 특성을 갖고 그 타면이 음이온교환막의 특성을 갖는 막으로서 양이온교환막과 음이온교환막으로 한 몸체로 형성한 것을 사용함이 바람직하다.

또한, 바이폴라이온교환막(220)으로, 양이온교환막과 음이온교환막을 서로 맞대어 사용하거나 접착하여 사용할 수도 있으며, 또한 양이온교환막과 음이온교환막을 서로 혼합하여 형성한 것을 이용할 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 작용을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 전기이온재생장치의 전극수에 칼슘이온이나 마그네슘이온 등과 같은 경도 성분이 포함되어 있으면 양극에서 형성된 각종 스케일이 전극 표면에 부착되어 전기가 통전되는 것을 방해하며, 또한 염소이온들이 존재하게 되면 양극에서 염소가스가 생성되어 인접한 이온교환막을 손상 시킨다. 염소가스는 물에 녹아 강력한 산화성 물질이 되어 인접한 막을 손상시킨다.

이를 방지하기 위하여 경도성분과 염소성분이 없는 전극수를 사용하기 위하 여 본 발명의 장치를 적용하게 되었다.

한편, 전기이온재생장치를 작동하려는 경우, 전극수탱크(120)에 일정량의 순수를 채우고 여기에 같은 염을 첨가한다. 첨가되는 염은 경도 성분과 금속성분 및 염소이온을 가지지 않는 다른 종류의 염을 사용할 수 있다. 모든 이온이 제거된 순수는 전기가 잘 통하지 않기 때문에 전극수로 사용하는 경우 효율저하를 가져올 수 있어 전기가 잘 통하도록 전해액(산, 염기, 염 등)을 첨가한다.

그런 다음, 순환펌프(121)를 이용하여 냉각기(122)를 통해 전기이온제거 장치의 전극수로 사용하게 된다. 이 전극수가 전기이온제거장치의 전극을 통과할 때 전기가 통전되면서 열이 발생하며, 이 열을 포함한 전극수는 다시 전극수탱크(120)로 순환되는 과정을 반복하다.

본 발명의 장치에서 전기이온제거장치의 전극 망사스페이서를 사이에 두고 인접하여 부착되는 이온교환막은 종래의 이온교환막을 사용할 수도 있지만 바이폴라이온교환막을 사용하는 것이 더 바람직하다.

종래의 이온교환막을 적용하는 경우 전극수에 첨가된 전해액(산, 염기, 염 등)이온 성분이 양극부분에서는 양이온들이 인접한 양이온교환 막을 통해 농축부분으로 이동하고, 음이온들은 음극에서 인접한 음이온교환막을 통해 농축부분으로 이동하여, 순환 운전 중 전해액을 정기적으로 보충해야 하는 불편한 점이 있다.

그러나, 본 발명에서와 같은 바이폴라이온교환막을 사용하면 전극에서 이온성분들의 이동이 없게 되어 순환 운전 중 이온성분이 제거 되지 않아 전해액을 추가하여 첨가하지 않아도 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전기이온제거장치의 전극수 순환 장치는 다음과 같은 장점을 갖는다.

첫째, 전극수를 버리지 않아 전극수 소모를 줄일 수 있다. 자연 증발에 의해 모자라는 부분만 보충하면 된다.

둘째, 전극에 경도 성분에 의해 생성되는 스케일을 방지하여 장치의 효율을 높인다.

셋째, 염소이온 성분에 의해 생성되는 가스가 생성되지 않아 전극과 인접한 이온교환막의 손상을 방지하여 장치의 수명과 효율을 극대화시킬 수 있다.

넷째, 전극에 스케일이 끼지 않아 전극 약품 세정을 하지 않아도 되어, 약품 세정 폐수 발생이 없다.

상기에서와 같이 본 발명에서는 종래의 전극수를 한번 통과 배출하는 전기이온제거장치 시스템과는 형태와 구성이 새로운 전극수 순환 냉각 장치 이다.

Claims (5)

1. 양이온교환막(222)과 음이온교환막(221)의 사이에 다수개의 처리부스페이서(200)와 농축부스페이서(210)를 구성하고, 상기 처리부스페이서(200)에 이온교환수지(240)를 충진하여 하나의 셀페어를 구성하고 상기 농축부스페이서(210)에 스크린스페이서나 이온교환수지(240) 또는 전도성촉매(241)를 충진한 셀모듈부와;

   상기 셀모듈부들의 상하부에 각각 배치된 음의전극(140)과 양의전극(130)의 표면에 플라스틱망사(231)를 접착한 전극부스페이서(230)를 각각 구성하여 전원을 공급하는 전극부 및;

   상기 음의전극(140)과 마주하는 전극부스페이서(230)에 연결된 회수배관(124)을 통해 전극수탱크(120)로 전극수를 회수하여, 상기 전극수탱크(120)에 연결된 리턴배관(125)을 통해 상기 양의전극(130)과 마주하는 전극부스페이서(230)로 전극수를 리턴시키는 리턴배관(125)이 장착된 전극수리턴부로;

   이루어진 것을 특징으로 하는 전기이온제거장치의 전극수 순환 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전극수리턴부의 리턴배관(125)은,

   그 관로상에 전극수를 순환시키는 순환펌프(121)와 전극수를 냉각시키는 냉각기(122)가 장착된 것을 특징으로 하는 전기이온제거장치의 전극수 순환 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 양/음의전극(130,140)과 마주하는 이온교환막은,

   그 일면이 양이온교환막의 특성을 가지고 그 타면이 음이온교환막의 특성을 갖도록 한 몸체로 형성된 바이폴라이온교환막(220)인 것을 특징으로 하는 전기이온제거장치의 전극수 순환 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 양/음의전극(130,140)과 마주하는 이온교환막은,

   양이온교환막과 음이온교환막이 서로 맞대어지거나 또는 접착된 것을 특징으로 하는 전기이온제거장치의 전극수 순환 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 양/음의전극(130,140)과 마주하는 이온교환막은,

   양이온교환막과 음이온교환막이 서로 혼합되어 한 몸체로 형성된 것을 특징으로 하는 전기이온제거장치의 전극수 순환 장치.

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