KR101038348B1 - 이온교환 스크러버용 이온교환부재 - Google Patents

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곽재훈
김윤기
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네오원(주)
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Abstract

본 발명은 이온교환 스크러버용 이온교환부재에 관한 것으로서, 이온교환섬유를 다관절로 감아 고정하는 화학적 반응부와 이동통로 격벽을 형성하여 가스가 지그재그로 통과하도록 하는 물리적 반응부를 구비한 이온교환부재를 설치함으로써, 유해가스 및 악취를 약품으로 제거하고 이온교환섬유에 흡착시켜 대기중에 배출되는 것을 차단하여 대기오염이 방지되도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이온교환 스크러버는, 하우징과; 상기 하우징 내에 유해가스를 흡착 처리할 수 있도록 설치되는 이온교환부재와; 상기 이온교환부재의 상부에 재생액 유입관을 통해 재생액이 공급되도록 설치되는 재생액 공급부와; 상기 이온교환부재보다 낮게 배치되는 가스 유입구와; 상기 이온교환부재보다 높게 배치되는 하나 이상의 가스 배출구와; 상기 하우징의 하부에 형성되어 사용된 재생액이 드레인되는 재생액 드레인 배관;을 포함하는 이온교환 스크러버에 있어서, 상기한 이온교환부재는, 하우징내 가스 유입구 상부에 가스 유입구를 통해 유입된 가스의 통과시 약품과 반응이 향상되도록 지그재그로 이동통로를 형성한 물리적 반응부와, 상기 물리적 반응부의 상부에 복수개의 관절과 하나의 관절이 각각 연결되어 와류형태로 감긴 관절부 사이에 이온교환섬유가 개재되는 화학적 반응부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이온교환 스크러버용 이온교환부재{ION EXCHANGE MEMBER FOR ION EXCHANGE SCRUBBER}
본 발명은 이온교환 스크러버용 이온교환부재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이온교환섬유를 다관절로 감아 고정하는 화학적 반응부와 이동통로 격벽을 형성하여 가스가 지그재그로 통과하도록 하는 물리적 반응부를 구비한 이온교환부재를 설치함으로써, 유해가스 및 악취를 약품으로 제거하고 이온교환섬유에 흡착시켜 대기중에 배출되는 것을 차단하여 대기오염이 방지되도록 하는 이온교환 스크러버용 이온교환부재에 관한 것이다.
이온교환 스크러버는, 반도체 제조 과정 등에서 발생하는 오염된 가스에서 산성 또는 염기성 유해 가스 성분이나 악취 성분 등을 이온교환섬유를 이용하여 제거함으로써, 대기 오염이 방지되도록 하는 가스 정화 장치이다.
이러한 이온교환 스크러버는, 등록특허공보 제10-0852478호에 공지된 바와 같이 하우징과; 상기 하우징 내에 유해가스를 흡착 처리할 수 있도록 설치되는 이온교환부재와; 상기 이온교환부재의 상부에 재생액 유입관을 통해 재생액이 공급되도록 설치되는 재생액 공급부와; 상기 이온교환부재보다 낮게 배치되는 가스 유입구와; 상기 이온교환부재보다 높게 배치되는 하나 이상의 가스 배출구와; 상기 하우징의 하부에 형성되어 사용된 재생액이 드레인되는 재생액 드레인 배관;을 포함한다.
상기한 이온교환부재에는 방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 형성시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 음이온을 교환할 수 있도록 제조된 이온교환섬유가 구비되어 있다. 상기한 이온교환섬유는 섬유 형태의 흡착제로서, 오염된 가스에서 오염물질을 제거하는 필터기능을 한다.
이러한 이온교환섬유는 종래의 물리적 흡착제보다 약 2배 내지 4배의 흡착성능을 가진다.
또한, 상기 이온교환섬유는 오염물질이 다량 흡착된 경우 산성 또는 염기성의 재생액으로 세척할 수 있다. 상기한 이온교환섬유는, 재생액으로 세척하면 반복적으로 사용할 수 있고, 여러번 재생(탈착)하여 사용하여도 이온교환섬유의 흡착성능이 크게 변하지 않는다.
따라서, 종래의 이온교환 스크러버에는, 이온교환섬유의 재생을 실행하기 위하여, 폴리프로필렌재로 제조된 사각형 고정판 사이에 이온교환섬유를 고정핀으로 고정시켜 제조한 모듈식 이온교환부재가 설치되어 있다.
이러한 이온교환부재는, 이온교환섬유를 고정하는 고정판사이에 두 개의 챔버를 형성한다. 상기한 두 개의 챔버는, 이온교환섬유가 하나의 챔버에서 재생액에 침지된 상태에서 재생되는 동안에 다른 챔버내의 이온교환섬유는 이온교환 흡착을 하게 된다. 상기한 두 개의 챔버에는, 펌프에 의하여 교대로 재생액이 공급된다.
그러나, 이온교환 스크러버에서는 두 개의 챔버를 교대로 작동시킬 경우 단위 면적당 유해가스 정화효율이 높은 장점이 있지만 두 개의 설비를 필요로 하기 때문에 설비의 부피가 커지는 단점이 있다.
또한, 상기 이온교환섬유는 재생액에 의하여 침지되면, 젖은 이온교환섬유가 처지거나 탈락하는 문제점이 있다.
이러한 모듈식 이온교환부재는, 현재의 생산 환경에서 폴리프로필렌재의 사각형 고정판을 사용하기 때문에 제조단가가 비싸고 정화효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 폴리프로필렌재의 사각형 고정판에 이온교환섬유를 고정시켜 제조된 모듈식 이온교환부재는, 기존의 가스 처리 설비에 설치시 부품 추가가 발생하기 때문에 시간 및 비용이 추가로 드는 문제점이 있다.
또한, 상기한 이온교환부재의 다른 실시예를 설명하면, 표면에 구멍이 다수 형성된 원통의 길이 방향을 따라 핀이 원주상에 소정 간격을 두고 하나 이상 열로 배치되는 프레임을 구비한다.
그리고 이온교환 섬유가 상기 프레임에 핀으로 고정되는 이온 폴링 충전물을 사용하여 물리화학적으로 유해 가스를 흡착 처리하는 설비는, 기존의 충진물 대비 압력손실 차가 심하고 유해 가스를 처리 한 뒤 잔여물에 의한 구멍의 축소로 유해가스를 일괄 처리 할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은, 용해도가 높은 유해 가스 뿐만 아니라 용해도가 낮은 유해가스도 동시에 효율적으로 처리하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 기존의 설비에 새로운 시설을 추가로 설치하지 아니하면서 효율적으로 가스를 처리하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기존의 설비에 비하여 압손에 의한 물리화학적인 처리가 용이하면서 잔여물의 배출이 용이하고, 일괄적으로 유해가스를 처리하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 물리적인 처리구간을 확대하여 화학 약품의 사용량을 절감하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이온교환부재가 재생액에 젖더라도 처지거나 탈락하는 것을 방지할 수 있도록 하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이온교환 스크러버는, 하우징과; 상기 하우징 내에 유해가스를 흡착 처리할 수 있도록 설치되는 이온교환부재와; 상기 이온교환부재의 상부에 재생액 유입관을 통해 재생액이 공급되도록 설치되는 재생액 공급부와; 상기 이온교환부재보다 낮게 배치되는 가스 유입구와; 상기 이온교환부재보다 높게 배치되는 하나 이상의 가스 배출구와; 상기 하우징의 하부에 형성되어 사용된 재생액이 드레인되는 재생액 드레인 배관;을 포함하는 이온교환 스크러버에 있어서, 상기한 이온교환부재는, 하우징내 가스 유입구 상부에 가스 유입구를 통해 유입된 가스의 통과시 약품과 반응이 향상되도록 지그재그로 이동통로를 형성한 물리적 반응부와, 상기 물리적 반응부의 상부에 복수개의 관절과 하나의 관절이 각각 연결되어 와류형태로 감긴 관절부 사이에 이온교환섬유가 개재되는 화학적 반응부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 물리적 반응부는, 원형 확산체와, 상기 원형 확산체에 일정 간격과 깊이로 가스가 통과할 수 있도록 수직으로 형성되는 이동통로와, 상기 이동통로의 양측벽에서 교대로 돌출되어 수평으로 형성되는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동통로는, 격벽에 의하여 지그재그로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 화학적 반응부는, 이온교환수지로 제조되고 복수개의 관절과 하나의 관절이 각각 연결되어 와류형태로 감겨 형성되는 관절부와, 상기 관절부와 관절부의 사이를 따라 배치되는 이온교환섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 관절부는, 종횡으로 다수 열이 되도록 배치시킨 관절과, 상기 관절과 관절을 연결하는 복수개의 연결핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 관절은, 병렬로 배치되는 로드와, 상기 로드를 대각선상에 두고 양단에 일체로 형성되는 측판과, 상기 로드가 연결되는 힌지판의 타측면에 간격을 두고 힌지공이 형성되는 힌지판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 관절부는, 이온교환섬유를 수직으로 용이하게 구비할 수 있도록 와류형태로 감겨져 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 관절부는, 관절을 조립 연결하여 다 관절로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 용해도가 낮은 유해 가스와 악취가스도 효율적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존의 설비에 새로운 시설을 추가 설치할 필요 없이 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 압력 손실이 향상되며, 화학약품의 사용량도 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이온교환 스크러버는 하나의 챔버 내에서 가스의 이온 흡착 처리와 동시에 이온교환섬유의 재생이 이루어지므로, 가스의 흡착 처리가 연속적으로 실행될 수 있어 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 이온교환섬유를 사용함으로써, 용해도가 낮은 악취, 산가스, 염기 가스 등의 오염 가스에 대한 처리효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
상기한 이온교환섬유는 물리화학적 흡착에 의해 오염 물질을 제거하므로 다른 방식에 비해 물의 사용량이 적고 재생이 용이하며 반복적으로 사용하여도 안정적으로 오염가스를 처리 할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환 스크러버를 도시한 도면.
도 2 는, 도 1에 나타낸 이온교환부재의 물리적 반응부를 도시한 평면도.
도 3 은, 도 2에 나타낸 이온교환부재의 물리적 반응부를 도시한 측단면도.
도 4 는, 도 1에 나타낸 이온교환부재의 화학적 반응부를 도시한 사시도.
도 5 는, 도 4에 나타낸 관절부를 확대 도시한 도면.
도 6 은, 도 5에 나타낸 관절부에서 관절의 연결을 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세하게 설명한다.
이온교환 스크러버(2)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 하우징(4)과; 상기 하우징(4)내에 유해가스를 흡착 처리할 수 있도록 설치되는 이온교환부재(6)와; 상기 이온교환부재(6)의 상부에 재생액 유입관(8)을 통해 재생액이 공급되도록 설치되는 재생액 공급부(10)와; 상기 이온교환부재(6)보다 낮게 배치되는 가스 유입구(12)와; 상기 이온교환부재(6)보다 높게 배치되는 하나 이상의 가스 배출구(14)와; 상기 하우징(4)의 하부에 형성되어 사용된 재생액이 드레인되는 재생액 드레인 배관(16);을 포함한다.
다음으로, 본 발명에 따른 이온교환 스크러버용 이온교환부재의 특징부를 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.
상기한 이온교환부재(6)는, 상기 하우징(4)내 가스 유입구(12) 상부에 가스 유입구(12)를 통해 유입된 가스의 통과시 약품과 반응이 향상되도록 이동통로(18)를 형성한 물리적 반응부(20)를 구비한다.
상기한 물리적 반응부(20)는, 원형 확산체(22)와, 상기 원형 확산체(22)에 일정 간격과 깊이로 가스가 통과할 수 있도록 수직으로 형성되는 이동통로(18)와, 상기 이동통로(18)의 양측벽에서 교대로 돌출되어 수평으로 형성되는 격벽(24)을 포함한다.
상기한 이동통로(18)는, 격벽(24)에 의하여 지그재그로 형성된다. 이에 지그재그로 형성되는 이동통로(18)는, 유해가스를 지체시켜 약품과의 접촉이 향상되도록 한다.
상기한 이온교환부재(6)는, 물리적 흡착과정과 화학적 이온교환을 통해 유해가스를 용이하게 처리 할 수 있다.
상기한 이온교환부재(6)는, 이온교환 스크러버(2)내에 기 설치된 이온교환부재(6)를 대체시켜 설치할 수 있다.
상기한 이온교환부재(6)는, 유해가스가 강제적으로 흡착되는 물리적 흡착과, 상기 물리적인 흡착 후에 화학적인 이온교환이 발생하는 반응 공간을 형성하게 된다.
상기한 이온교환부재(6)는, 복수개의 관절(26)과 하나의 관절(26)이 각각 연결되어 와류형태로 관절부(28)가 감기고 그 사이에 이온교환섬유(30)가 개재되는 화학적 반응부(31)를 구비한다.
상기한 화학적 반응부(31)는, 이온교환수지로 제조되고 복수개의 관절(26)과 하나의 관절(26)이 각각 연결되어 와류형태로 감겨 형성되는 관절부(28)와, 상기 관절부(28)와 관절부(28)의 사이를 따라 배치되는 이온교환섬유(30)를 포함한다.
상기한 관절부(28)는, 종횡으로 다수 열이 되도록 배치시킨 관절(26)과, 상기 관절(26)과 관절(26)을 연결하는 복수개의 연결핀(32)을 포함한다.
상기한 관절(26)은, 도 5에 도시한 바와 같이, 병렬로 배치되는 로드(34)와, 상기 로드(34)를 대각선상에 두고 양단에 일체로 형성되는 측판(36)과, 상기 로드(34)가 연결되는 힌지판(38)의 타측면에 간격을 두고 힌지공(40)이 형성되는 힌지판(38)을 포함한다.
상기한 관절부(28)는, 이온교환 섬유(30)를 용이하게 구비할 수 있도록 와류형태로 감기게 된다.
상기한 관절부(28)는, 폴리프로필렌재로 제조된 관절(26)을 조립 연결하여 다 관절로 형성된다.
상기한 관절(26)의 로드(34)는, 길이 방향에 대하여 수직으로 이동하여 유해가스가 반응하게 된다.
또한, 상기 이온교환섬유(30)는, 상기 관절부(28)와 관절부(28)의 사이를 따라 배치된다. 이러한, 상기 이온교환섬유(30)는, 유해가스와 수직 유동 관계를 갖게 된다.
또한, 상기한 화학적 반응부(31)의 관절부(28)는, 와류형태로 감기는 관절부(28) 사이에 물리적인 흡착 특성을 갖는 반응 공간이 로드(34)들에 의하여 형성된다.
그리고, 상기 화학적 반응부(31)의 이온교환섬유(30)는, 로드(34)들에 의하여 형성되는 반응 공간에 측벽이 되도록 형성되어 화학적인 흡착이 발생한다.
이러한 이온교환 스크러버(2)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 유해 가스의 처리 구간 중 물리적 반응부(20)와, 상기 물리적 반응부(20)에서 흡착 처리 후 화학적인 이온교환이 이루어지도록 화학적 반응부(31)로 구성되어 유해가스를 처리하게 되어 있다.
이하, 상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 작용을 설명한다.
먼저, 하부에 가스 유입구(12)가 형성되고, 상부에 가스 배출구(14)가 형성되는 하우징(4)의 가스 유입구(12)를 통하여 오염된 가스가 유입된 후 상승 이동한다.
상기 오염된 유해가스는, 이온교환부재(6)의 물리적 반응부(20)에 형성된 이동통로(18)를 통해 상승하게 된다.
상기한 이동통로(18)를 통과하는 유해가스는, 격벽(24)의 방해로 지그재그로 형성된 이동통로(18)를 완만하게 통과한다. 이때, 유해가스는, 화학약품과 화학반응을 일으켜 유해한 가스 성분 및 악취가 걸러지게 된다.
상기한 물리적 반응부(20)를 통과한 유해가스는, 이온교환부재(6)의 화학적 반응부(31)에 도달하게 된다.
상기 물리적 반응부(20)에서 유해한 성분 및 악취가 일부 걸러진 유해가스는 화학적 반응부(31)의 관절부(26)에 유입된다.
상기한 유해가스는 와류 형태로 관절(26)이 감겨있는 관절부(28)를 통과하게 된다. 상기한 유해가스는, 관절부(28)의 로드(34)를 피해가면서 이동할 때 감겨있는 관절(26)과 관절사이에 수직으로 배치된 이온교환섬유(30)에 의하여 흡착된다.
이때 유해가스 중에 포함된 유해가스 성분 및 악취 성분을 흡착하게 된다.
상기한 이온교환섬유(30)에 유해가스 성분 및 악취 성분이 흡착된 가스는, 이온교환부재(6)의 관절부(28)를 통과한 후 상부의 가스 배출구(14)를 통해 배출된다.
상기한 바와 같이, 오염된 가스의 이온교환 흡착 처리를 위하여, 관절(26)들사이에 수직으로 배치되는 이온교환섬유(30)를 포함하는 이온교환부재(6)는 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 층으로 배치시켜 가스 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 재생액 공급부(10)는, 재생액을 고르게 뿌려줄 수 있는 최적의 속도로 회전 제어됨으로서, 처리 가스의 상승을 방해하지 않으면서 뿌리게 된다.
상기한 재생액 공급부(10)를 통해 공급되어 이온교환섬유(30)의 재생에 사용된 재생액은 하우징 하부에 모아져 재생액 드레인 배관(16)에 의하여 배출된다.
이러한 이온교환 스크러버(2)에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 하부의 가스 유입구(12)를 통하여 처리 가스가 유입되면 상승하는 동안 이온교환부재(6)를 거치면서 이온교환섬유(30)에 의하여 흡착 처리되어 상부의 가스 배출구(14)를 통해 배출된다.
이와 동시에, 이온교환부재(6) 상부에서는 재생액 유입관(6)을 통해 공급된 재생액이 재생액 공급부(10)를 통하여 뿌려진다.
이때 재생액 공급부(10)는 재생액 배출에 의한 반동으로 회전하게 되므로 재생액은 이온교환부재(6) 전체에 걸쳐 고르게 분배될 수 있다.
이와 같이, 오염 가스의 흡착 처리와 동시에 이온교환섬유(30)의 재생이 이루어지므로, 하나의 챔버로 모든 작동이 실행될 뿐 아니라 이온교환섬유(30)를 재생하는 동안 가스 처리를 일시 중지할 필요도 없다.
즉, 장치 전체에서 지속적으로 가스가 처리될 수 있어 장치 부피에 따른 효율은 현저히 향상시킬 수 있다.
또한, 이온교환섬유(30)는 이온교환부재(6)의 관절(26)들 사이에 고정되어 있으므로 재생액이 뿌려지더라도 처지거나 탈락되지 않는다.
본 발명은, 이온교환 스크러버에 관절들을 연결한 관절부와 이온교환섬유를 관절사이에 배치시킨 이온교환부재를 설치함으로써, 유해가스 성분 및 악취 성분을 용이하게 흡착처리하고 이온교환섬유가 처지거나 탈락되는 것을 방지할 수 있는 것으로, 가스 정화장치 산업 분야에 널리 이용될 수 있다.
4: 하우징 6: 이온교환부재
18: 이동통로 20: 물리적 반응부
22: 원형 확산체 24: 격벽
26: 관절 28: 관절부
30: 이온교환섬유 31: 화학적 반응부
34: 로드 36: 측판
38: 힌지판 40: 힌지공

Claims (8)

  1. 하우징(4)과; 상기 하우징(4) 내에 유해가스를 흡착 처리할 수 있도록 설치되는 이온교환부재(6)와; 상기 이온교환부재(6)의 상부에 재생액 유입관(8)을 통해 재생액이 공급되도록 설치되는 재생액 공급부(10)와; 상기 이온교환부재(6)보다 낮게 배치되는 가스 유입구(12)와; 상기 이온교환부재(6)보다 높게 배치되는 하나 이상의 가스 배출구(14)와; 상기 하우징(4)의 하부에 형성되어 사용된 재생액이 드레인되는 재생액 드레인 배관(16);을 포함하는 이온교환 스크러버에 있어서,
    상기한 이온교환부재(6)는,
    하우징(4)내 가스 유입구(12) 상부에 가스 유입구(12)를 통해 유입된 가스의 통과시 약품과 반응이 향상되도록 지그재그로 이동통로(18)를 형성한 물리적 반응부(20)와,
    상기 물리적 반응부(20)의 상부에 복수개의 관절(26)과 하나의 관절(26)이 각각 연결되어 와류형태로 감긴 관절부(28) 사이에 이온교환섬유(30)가 개재되는 화학적 반응부(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환 스크러버용 이온교환부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물리적 반응부(20)는, 원형 확산체(22)와, 상기 원형 확산체(22)에 일정 간격과 깊이로 가스가 통과할 수 있도록 수직으로 형성되는 이동통로(18)와, 상기 이동통로(18)의 양측벽에서 교대로 돌출되어 수평으로 형성되는 격벽(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환 스크러버용 이온교환부재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이동통로(18)는, 격벽(24)에 의하여 지그재그로 형성되는 것을 특징으로 하는 이온교환 스크러버용 이온교환부재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학적 반응부(31)는,
    이온교환수지로 제조되고 복수개의 관절(26)과 하나의 관절(26)이 각각 연결되어 와류형태로 감겨 형성되는 관절부(28)와,
    상기 관절부(28)와 관절부(28)의 사이를 따라 배치되는 이온교환섬유(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환 스크러버용 이온교환부재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 관절부(28)는,
    종횡으로 다수 열이 되도록 배치시킨 관절(26)과, 상기 관절(26)과 관절(26)을 연결하는 복수개의 연결핀(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환 스크러버용 이온교환부재.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 관절(26)은,
    병렬로 배치되는 로드(34)와, 상기 로드(34)를 대각선상에 두고 양단에 일체로 형성되는 측판(36)과, 상기 로드(34)가 연결되는 힌지판(38)의 타측면에 간격을 두고 힌지공(40)이 형성되는 힌지판(38)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환 스크러버용 이온교환부재.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 관절부(28)는, 이온교환섬유(30)를 수직으로 용이하게 구비할 수 있도록 와류형태로 감겨져 형성되는 것을 특징으로 하는 이온교환 스크러버용 이온교환부재.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 관절부(28)는, 관절(26)을 조립 연결하여 다 관절로 형성되는 것을 특징으로 하는 이온교환 스크러버용 이온교환부재.



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