KR101065492B1 - 축전탈이온 장치 및 이의 동작방법 - Google Patents

축전탈이온 장치 및 이의 동작방법 Download PDF

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Abstract

축전탈이온 장치 및 축전탈이온 장치의 동작방법을 제공한다. 상기 축전탈이온 장치는 제1 및 제2 처리액이 각각 유입되는 제1 및 제2 유입구, 상기 제1 및 제2 유입구와 마주보는 영역에 위치하며, 제1 및 제2 처리액이 각각 배출되는 제1 및 제2 유출구, 상기 제1 처리액의 진행방향으로 폭이 점차 감소되는 형상을 가지며, 차례로 배치된 제1 애노드 전극, 제1 분리판 및 제1 캐소드 전극을 구비하는 제1 셀, 및 상기 제1 셀과 동일 평면 내에 배치되고, 상기 제1 셀과 이격되되, 상기 제2 처리액의 진행방향으로 폭이 점차 감소되는 형상을 가지며, 차례로 배치된 제2 애노드 전극, 제2 분리판 및 제2 캐소드 전극을 구비하는 제2 셀을 포함한다.
Figure R1020090041104
CDI 장치, 축전탈이온 장치, 수처리 장치

Description

축전탈이온 장치 및 이의 동작방법{Capacitive deionization apparatus and method for operating of capacitive deionization apparatus}
본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축전탈이온 장치 및 이의 동작방법에 관한 것이다.
축전탈이온(Capacitive deionization, CDI)장치는 전극에 전압을 인가하여 이온을 제거하는 수처리 장치로서, 축전탈이온 장치에 전압이 인가되면, 음이온은 애노드 전극으로 양이온은 캐소드 전극으로 이동하여 이온들이 전극에 흡착되는 원리를 이용한다. 이러한, 축전탈이온 공정을 이용한 장치는 단일 스택 내에 단일 셀로 구성된다. 이러한 경우, 채널의 유효 처리 능력에 비해 용수의 이온농도가 낮거나, 유량이 적은 경우에 채널의 일부만 사용하게 되므로, 공간 사용이 비효율적인 문제점이 있다.
또한, 이온을 흡착시키는 탈이온단계와 이온을 제거하는 재생단계가 동시에 이루어 지지 못하기 때문에, 탈이온과 재생을 동시에 수행하기 위해서는 단일 셀이 수용되는 스택을 적어도 두 개 연결하여 축전탈이온 장치를 구성해야 하는 번거로움이 있다. 이와 같은 경우, 스택의 넓은 부피로 인해, 장치의 크기가 확대되는 문제점이 발생된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 공간효율성 및 동작효율성을 향상시킬 수 있는 축전탈이온 장치 및 이의 동작방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 축전탈이온 장치를 제공한다. 상기 축전탈이온 장치는 제1 및 제2 처리액이 각각 유입되는 제1 및 제2 유입구, 상기 제1 및 제2 유입구와 마주보는 영역에 위치하며, 제1 및 제2 처리액이 각각 배출되는 제1 및 제2 유출구, 상기 제1 처리액의 진행방향으로 폭이 점차 감소되는 형상을 가지며, 차례로 배치된 제1 애노드 전극, 제1 분리판 및 제1 캐소드 전극을 구비하는 제1 셀, 및 상기 제1 셀과 동일 평면 내에 함께 배치되고, 상기 제1 셀과 이격되되, 상기 제2 처리액의 진행방향으로 폭이 점차 감소되는 형상을 가지며, 차례로 배치된 제2 애노드 전극, 제2 분리판 및 제2 캐소드 전극을 구비하는 제2 셀을 포함한다.
또한, 상기 축전탈이온 장치는 삼각형의 형상을 가지며, 차례로 배치된 제1 애노드 전극, 제1 분리판 및 제1 캐소드 전극을 구비하는 제1 셀, 상기 제1 셀과 동일 평면 내에 배치되고, 상기 제1 셀과 이격되되, 삼각형의 형상을 가지며, 차례로 배치된 제2 애노드 전극, 제2 분리판 및 제2 캐소드 전극을 구비하는 제2 셀, 상기 셀들의 일변에 인접하여 위치하며, 제1 및 제2 처리액이 각각 유입되는 제1 및 제2 유입구, 및 상기 셀들의 일변과 마주보는 꼭지점에 인접하여 위치하며, 제1 및 제2 처리액이 각각 배출되는 제1 및 제2 유출구를 포함한다.
또한, 상기 축전탈이온 장치는 반원의 형상을 가지며, 차례로 배치된 제1 애노드 전극, 제1 분리판 및 제1 캐소드 전극을 구비하는 제1 셀, 상기 제1 셀과 동일 평면 내에 배치되고, 상기 제1 셀과 이격되되, 반원의 형상을 가지며, 차례로 배치된 제2 애노드 전극, 제2 분리판 및 제2 캐소드 전극을 구비하는 제2 셀, 상기 셀들의 일변에 인접하여 위치하며, 제1 및 제2 처리액이 각각 유입되는 제1 및 제2 유입구, 및 상기 셀들의 일변과 마주보는 호에 인접하여 위치하며, 제1 및 제2 처리액이 각각 배출되는 제1 및 제2 유출구를 포함한다.
상기 전극들은 다공성 카본 전극일 수 있으며, 상기 전극들은 카본페이퍼 전극, 카본섬유 전극, 카본컴포짓 전극, 카본펠트 전극 또는 카본클로스 전극일 수 있다. 또한, 상기 분리판들은 다공성 시트일 수 있다.
상기 제1 셀 및 제2 셀 각각의 외측부는 접착제에 의해 접착될 수 있다. 상기 축전탈이온 장치는 분리부에 의해 분리된 제1 및 제2 관통부를 구비하는 지지체를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 셀은 각각 상기 제1 및 제2 관통부 내에 수용될 수 있다. 이를 위해, 상기 지지체는 불소계 고무, 실리콘계 고무 또는 올레핀계 고무의 재질로 구비될 수 있다.
또한, 상기 축전탈이온 장치는 상기 제1 셀들을 바라보는 양면상에 위치하는 제1 애노드 전류집전체 및 제1 캐소드 전류집전체, 및 상기 제2 셀들을 바라보는 양면상에 위치하는 제2 애노드 전류집전체 및 제2 캐소드 전류집전체를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 셀들을 마주보는 양면상에 위치하는 제1 체결판 및 제 2 체결판을 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 축전탈이온 장치의 동작방법을 제공한다. 상기 축전탈이온 장치의 동작방법은 제1 및 제2 처리액이 각각 유입되는 제1 및 제2 유입구, 상기 제1 및 제2 유입구와 마주보는 영역에 위치하며, 제1 및 제2 처리액이 각각 배출되는 제1 및 제2 유출구, 상기 제1 처리액의 진행방향으로 폭이 점차 감소되는 형상을 가지며, 차례로 배치된 제1 애노드 전극, 제1 분리판 및 제1 캐소드 전극을 구비하는 제1 셀, 및 상기 제1 셀과 동일 공간 내에 배치되고, 상기 제1 셀과 이격되되, 상기 제2 처리액의 진행방향으로 폭이 점차 감소되는 형상을 가지며, 차례로 배치된 제2 애노드 전극, 제2 분리판 및 제2 캐소드 전극을 구비하는 제2 셀을 포함하는 축전탈이온 장치가 제공되는 단계, 상기 제1 유입구 및 제2 유입구 중 적어도 어느 하나 내에 처리액들을 주입하는 단계, 상기 제1 셀 및 제2 셀 중 적어도 어느 하나에 전압을 인가하여, 상기 셀을 탈이온 단계로 도입시키는 단계, 및 상기 탈이온 단계가 완료된 상기 셀의 전압을 제거하여 상기 셀을 재생단계로 도입시키는 단계를 포함한다.
상기 축전탈이온 장치의 동작방법은 제1 셀 및 제2 셀의 어느 하나에 직류전원을 인가하는 단계 및 또 다른 어느 하나의 셀의 전원을 제거하는 단계를 동시에 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 셀들을 처리액의 진행방향으로 폭이 점차 감소되는 형상으로 구비함으로써 유입구 주변에서는 면적당 흐르는 처리액의 양이 감소될 수 있다. 따라서, 적어도 유입구 주변에서는 처리액이 셀 면적에 전체적으로 퍼질 수 있으므로, 채널의 국부적인 영역에 처리액들이 집중되는 채널링 현상이 감소될 수 있다. 이에 더하여, 단일 평면 내에 두 개의 셀이 구비됨으로써 각각 셀에 서로 다른 종류의 용수를 주입할 수 있으므로, 단일 공정으로 서로 다른 종류의 용수 처리가 가능할 수 있다. 또한, 축전 탈이온 장치의 운전 및 재생이 동시에 수행될 수 있으므로, 동작효율성이 향상될 수 있다.
또한, 용수의 양이 적은 경우, 하나의 셀만을 이용하여 용수를 처리할 수 있으므로, 셀의 불필요한 작동을 수행하지 않을 수 있고, 전력소모의 감소와 셀의 사용 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 공간효율성이 향상될 수 있는 특징이 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전탈이온 장치의 분해사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 절단선들 A-A' 및 B-B'를 따라 각각 취해진 본 발명의 일 실 시예에 따른 축전탈이온 장치의 단면도들이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 축전탈이온 장치(50)는 동일 평면 내에 서로 이격하여 위치하는 제1 셀(10a)과 제2셀(10b)을 구비한다. 상기 제1 셀(10a)은 차례로 배치된 제1 애노드 전극(12a), 제1 분리판(14a) 및 제1 캐소드 전극(16a)을 구비한다. 상기 제1 셀(10a)에서 처리액은 유입구(44ai)에서 유출구(44ao)로 흐르며, 이러한 처리액의 진행방향을 따라 상기 제1 셀(10a)의 폭은 점차 감소되는 형상을 가진다. 상기 제2 셀(10b)은 차례로 배치된 제2 애노드 전극(12b), 제2 분리판(14b) 및 제2 캐소드 전극(16b)을 구비한다. 상기 제2 셀(10b)에서 처리액은 유입구(44bi)에서 유출구(44bo)로 흐르며, 이러한 처리액의 진행방향을 따라 상기 제2 셀(10b)의 폭은 점차 감소되는 형상을 가진다.
상기 셀들(10a, 10b)에 구비된 전극들(12a, 12b, 14a, 14b)은 다공성 전극일 수 있다. 구체적으로, 상기 전극들(12a, 12b, 16a, 16b)은 다공성 카본전극일 수 있으며, 상기 카본전극은 카본페이퍼(carbon paper)전극, 카본섬유(carbon fiber) 전극, 카본컴포짓(carbon composite)전극, 카본펠트(cabon felt) 전극 또는 카본클로스(carbon cloth) 전극일 수 있다.
상기 분리판들(14a, 14b)은 다공성 시트일 수 있다. 구체적으로 상기 분리판들(14a, 14b)은 폴리에틸렌(polyethylene)판 또는 폴리프로필렌(polypropylene)판일 수 있다. 이에 더하여 상기 분리판들(14a, 14b)은 고분자 전해질막과 함께 사용될 수 있다. 상기 고분자 전해질막은 불소계 고분자 전해질막, 부분불소계 전해질막 또는 탄화수소계 고분자 전해질막일 수 있다.
상기 제1 셀(10a) 및 제2 셀(10b)은 처리액이 새지 않도록 상기 셀들(10a, 10b)을 구성하는 각각의 전극들(12a, 12b, 16a, 16b)과 분리판(14a, 14b)들의 외측 부를 접착시킬 수 있다. 상기 외측부의 접착은 접착제를 사용할 수 있으며, 상기 접착제는 에폭시 접착제 또는 실리콘 접착제일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 축전탈이온 장치(50)는 상기와 같이 접착제를 사용하지 않고, 분리부(42)에 의해 분리된 제1 관통부(44a)와 제2 관통부(44b)를 구비하는 지지체(40)를 더 포함하여 구성할 수 있다. 상기 지지체(40)는 상기 셀들(10a, 10b)과 동일 평면 내에서 서로 인접하여 설치될 수 있다.
이때, 상기 제1 관통부(44a) 내에 제1 셀(10a)이 수용되며, 상기 제2 관통부(44b) 내에 제2 셀(10b)이 수용된다. 상기 지지체(40)는 처리액이 새지 않도록 탄성을 갖는 개스킷인 것이 바람직하며, 이를 위해 불소계 고무, 실리콘계 고무 또는 올레핀계 고무로 구비될 수 있다.
상기 관통부들(44a, 44b)은 상기 셀들(10a, 10b)을 수용할 수 있도록 상기 셀들(10a, 10b)의 형태에 따라 제작될 수 있다. 다만, 상기 각 관통부들(44a, 44b)의 일변에 연결되어 유입구들(44ai, 44bi)이 위치하고, 상기 유입구들(44ai, 44bi)이 위치하는 변을 마주보는 꼭지점에 연결되어 유출구들(44ao, 44bo)이 위치할 수 있다. 상기 처리액들은 상기 유입구들(44ai, 44bi)을 통해 유입되고 상기 셀(10a, 10b)에 구비된 분리판들(14a, 14b)을 지나 상기 유출구들(44ao, 44bo)을 통해 유출될 수 있다.
상기 셀들(10a, 10b)은 삼각형 일 예로서, 직각삼각형(도 3a 참조), 이등변삼각형(도 3b 참조), 또는 반원(도 3c 참조)의 형상을 가질 수 있다. 상기 셀들(10a, 10b)이 삼각형의 형상을 갖는 경우에 상기 삼각형의 일변에 인접하여 상기 유입구들(44ai, 44bi)이 위치할 수 있으며, 상기 셀들(10a, 10b)의 일변과 마주보는 꼭지점에 인접하여 상기 유출구들(44ao, 44bo)이 위치할 수 있다.
또한, 상기 셀들(10a, 10b)이 반원의 형상을 갖는 경우에 상기 반원의 일변에 인접하여 상기 유입구들(44ai, 44bi)이 위치할 수 있으며, 상기 셀들(10a, 10b)의 일변과 마주보는 호에 인접하여 상기 유출구들(44ao, 44bo)이 위치할 수 있다.
상기 유입구들(44ai, 44bi)을 통해 유입된 처리액들은 탈이온 단계 시에 이온들을 함유한 용수일 수 있고, 재생단계 시에 용수 또는 물일 수 있으며, 상기 유출구(44ao, 44bo)를 통해 배출된 처리액들은 탈이온 단계 시에 이온들이 제거된 용수일 수 있고, 재생단계 시에 이온들을 함유한 용수 혹은 물일 수 있다. 일 예로서, 상기 이온들은 Ca2+, Mg2+, Na+ 또는 F+의 양이온, 및 Cl- 또는 NO3 -의 음이온을 포함할 수 있다.
상기 제1 셀들(10a)을 바라보는 양면상에는 제1 애노드 전류집전체(22a) 및 제1 캐소드 전류집전체(24a)가 위치할 수 있으며, 상기 제2 셀들(10b)을 바라보는 양면상에는 제2 애노드 전류집전체(22b) 및 제2 캐소드 전류집전체(24b)가 위치할 수 있다.
상기 애노드 전류집전체들(22a, 22b)에는 상기 셀들(10a, 10b)의 유입구들(44ai, 44bi)과 대응하는 영역에 유입구들(22ai, 22bi)이 위치하고, 상기 제2 전류집전체들(24a, 24b)에는 상기 셀들(10a, 10b)의 유출구들(44ao, 44bo)과 대응하는 영역에 유출구들(24ao, 24bo)이 위치할 수 있다.
상기 전류집전체들22a, 22b, 24a, 24b)은 판상형의 전도성 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 구체적으로 상기 전도성 물질은 구리, 스텐레스 스틸 또는 흑연일 수 있다. 상기 전류집전체들(22a, 22b, 24a, 24b)은 전압을 인가하기 위한 전류장치(미도시)가 연결될 수 있다. 상기 전류장치는 상기 제1 전류집전체들(22a, 24a) 및 제2 전류집전체들(22b, 24b) 각각을 전기적으로 접속할 수 있다. 이에 따라, 상기 전류집전체들(22a, 22b, 24a, 24b)과 인접하는 전극들(12a, 12b, 16a, 16b)에 전압이 인가될 수 있다. 상기 전압은 직류전압일 수 있다.
한편, 상기 축전탈이온 장치(50)의 구성요소들을 체결시키고, 외부의 압력에 의한 손상을 방지하며, 상기 전류집전체들(22a, 22b, 24a, 24b)을 마주보는 양면상에 위치하는 제1 체결판(30) 및 제2 체결판(31)이 구비될 수 있다.
상기 제1 체결판(30)에는 상기 셀들(10a, 10b)의 유입구들(44ai, 44bi)과 대응하는 영역에 유입구들(30ai, 30bi)이 위치하고, 상기 제2 체결판(31)에는 상기 셀들(10a, 10b)의 유출구들(44ao, 44bo)과 대응하는 영역에 유출구들(31ao, 31bo)이 위치할 수 있다.
체결판들(30, 31)은 체결부재에 의해 상기 구성요소들을 체결시킬 수 있다. 상기 체결부재는 볼트, 나사 또는 리벳을 포함할 수 있다.
상기 체결판들(30, 31)은 금속판 또는 플라스틱판일 수 있으며, 구체적으로 인바(invar)판, PVC판 또는 베크라이트판일 수 있다. 상기 체결판들(30, 31)을 구비하는 경우에, 상기 전류집전체들(22a, 22b, 24a, 24b)은 별도의 판으로 구비되지 않고, 상기 체결판들(30, 31) 상에 전도성 물질을 코팅하여 형성할 수도 있다. 상 기 코팅은 캐스팅, 열증착법, 스퍼터링 또는 이빔증발법을 사용하여 수행할 수 있다.
한편, 상기 제1 체결판(30), 애노드 전류집전체들(22a, 22b) 및 셀들(10a, 10b)에 관통하여 연결된 유입구들(62a, 62b)에는 별도의 유입관(미도시)이 삽입될 수 있으며, 상기 셀들(10a, 10b), 캐소드 전류집전체들(24a, 24b) 및 제2 체결판(31)을 관통하여 연결된 유출구들(64a, 64b)에는 별도의 유출관(미도시)이 삽입될 수도 있다.
상술한 바와 같이 상기 셀들을 처리액의 진행방향으로 폭이 점차 감소되는 형상으로 구비함으로써 유입구 주변에서는 면적당 흐르는 처리액의 양이 감소될 수 있다. 따라서, 적어도 유입구 주변에서는 처리액이 셀 면적에 전체적으로 퍼질 수 있으므로, 채널의 국부적인 영역에 처리액들이 집중되는 채널링 현상이 감소될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 축전탈이온 장치의 셀을 나타내는 사시도들이다.
도 3a를 참조하면, 지지체(40)는 직사각형의 형상을 가질 수 있으며, 상기 지지체(40)의 관통부들 내에 수용되는 셀들(10a, 10b)은 직각삼각형의 형상을 갖을 수 있다. 상기 직각 삼각형의 일변에 인접하여 상기 유입구들(62a, 62b)이 위치할 수 있고, 상기 셀들의 일변과 마주보는 꼭지점에 인접하여 상기 유출구들(64a, 64b)이 위치할 수 있다.
상기 셀들(10a, 10b)의 유입구들(62a, 62b)을 통해 소량의 처리액들이 주입 되는 경우 처리액들은 상기 유입구들(62a, 62b)로부터 전영역으로 채널(X, X', Y, Y')이 형성될 수 있으며, 대량의 처리액들이 주입되는 경우, 처리액들은 셀들(10a, 10b)의 직진하는 영역으로 채널(X, X')이 형성될 수 있다.
상기와 같이 대량의 처리액들이 주입되는 경우, 셀의 국부적인 영역에 채널이 형성되므로, 셀의 일부 영역에 처리액들이 집중되는 채널링 현상이 발생될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따라 셀들의 형상이 처리액의 진행방향으로 폭이 점차 감소되는 경우, 유입구 주변에서는 면적당 흐르는 처리액의 양이 증가되므로, 적어도 유입구 주변에서는 처리액이 셀 면적에 전체적으로 퍼질 수 있어 채널링 현상이 감소될 수 있다. 이에 더하여, 셀들의 폭이 점차적으로 감소됨에 따라 처리수의 배출이 용이해 질 수 있다.
도 3b를 참조하면, 지지체(40)는 정사각형의 형상을 가질 수 있으며, 상기 지지체(40)의 관통부들 내에 수용되는 셀들(10a, 10b)은 이등변 삼각형의 형상을 갖을 수 있다. 상기 이등변 삼각형의 일변에 인접하여 상기 유입구들(62a, 62b)이 위치할 수 있고, 상기 셀들의 일변과 마주보는 꼭지점에 인접하여 상기 유출구들(64a, 64b)이 위치할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 지지체(40)는 원형을 가질 수 있으며, 상기 지지체(40)의 관통부들 내에 수용되는 셀들(10a, 10b)은 반원의 형상을 갖을 수 있다. 상기 셀들(10a, 10b)의 일변에 인접하여 처리액들이 유입되는 유입구들(62a, 62b)이 위치할 수 있고, 상기 셀들(10a, 10b)의 일변과 마주보는 호에 인접하는 유출구들(64a, 64b)이 위치할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 축전탈이온 장치는 지지체(도 1의 40)가 구비되지 않을 수 있으며, 상기 셀들(10a, 10b)은 각각의 유입구들(62a, 62b)로부터 주입되는 처리액들이 혼합되지 않도록 일정 간격으로 이격하여 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 셀들(10a, 10b)은 제1 체결판(30) 및 제2 체결판(31)에 의해 지지될 수 있다. 여기서 상기 셀들(10a, 10b)의 형상이 이등변 삼각형인 경우에 대해 설명하나, 상기 셀들(10a, 10b)의 형상은 직각삼각형 또는 반원의 형상으로 구비될 수도 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 축전탈이온 장치의 운전 및 재생방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4a를 참조하면, 축전탈이온 장치(50)의 제1 유입구(62a) 및 제2 유입구(64a) 내에 각각 제1 처리액 및 제2 처리액을 주입할 수 있다. 상기 제1 및 제2 처리액은 서로 같은 종류의 이온들을 함유하는 용수이거나, 서로 다른 종류의 이온들을 함유하는 용수일 수 있다.
상기 셀들(10a, 10b)에 각각 전압을 인가하여, 상기 셀들(10a, 10b)을 탈이온단계로 도입시킬 수 있다. 그 결과, 상기 제1 및 제2 처리액 내에 함유된 양이온들은 캐소드 전극들(16a, 16b)에 흡착되고, 음이온들은 애노드 전극(12a, 12b)에 흡착되어, 이온들이 제거된 상태의 처리액들이 제1 및 제2 유출구(64a, 64b)를 통해 각각 배출될 수 있다. 이때, 상기 전압은 직류전압일 수 있으며, 구체적으로, 상기 애노드 전극들(12a, 12b)에는 양의 전압을 캐소드 전극들(16a, 16b)에는 음의 전압을 인가할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 도 4a를 참조하여 설명한 축전탈이온 장치(50)의 전극 들(12a, 12b, 16a, 16b)에 이온들이 흡착된 상태에서, 상기 셀들(10a, 10b)에 인가된 전압들을 제거하여, 상기 셀들(10a, 10b)을 재생단계로 도입시킬 수 있다. 이때, 상기 셀들(10a, 10b)에 인가된 전압을 제거하기 전에, 상기 제1 및 제2 유입구(62a, 62b)에 용수 혹은 물을 주입할 수 있다. 그 결과, 상기 전극들(12a, 12b, 16a, 16b) 내에 흡착된 이온들은 탈착되어 상기 용액 내에 혼합되고, 상기 이온들을 함유하는 용액은 상기 제1 및 제2 유출구(64a, 64b)를 통해 각각 배출될 수 있다.
따라서, 상술한 도 4a 및 4b를 참조하여 설명한 운전 및 재생단계를 반복 수행시킴으로써 상기 용수들 내에 함유된 이온들을 계속적으로 제거할 수 있다.
상술한 바와 같이, 단일 장치의 동일 평면 내에 두 개의 셀을 구비함으로써 각각 셀에 서로 다른 종류의 용수를 주입할 수 있으므로, 단일 공정으로 서로 다른 종류의 용수 처리가 가능할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 축전탈이온 장치(50)는 제1 셀(10a) 및 제2 셀(10b)의 어느 하나에 직류전원을 인가하고, 또 다른 어느 하나의 셀의 전원을 제거하여, 축전탈이온 장치(50)의 운전 및 재생 단계를 동시에 수행할 수 있다. 이때, 상기 재생단계는 상기 탈이온 단계가 수행된 이후에 진행할 수 있다. 상기와 같이 운전 및 재생 단계를 동시에 수행하는 방법은 용수의 양이 소량인 경우에 수행하는 것이 바람직하다. 상기 운전 및 재생 단계는 상술한 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 방법과 동일할 수 있다.
상술한 바와 같이 용수의 양이 적은 경우, 하나의 셀만을 이용하여 용수를 처리할 수 있으므로, 셀의 불필요한 작동을 수행하지 않을 수 있고, 전력소모의 감소와 셀의 사용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 하나의 셀이 탈이온 단계를 수행하는 중에, 다른 하나의 셀을 재생단계로 도입시킬 수 있으므로, 이온제거를 위한 소요시간이 절감될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전탈이온 장치의 분해사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 축전탈이온 장치의 단면도들이다.
도 3a 내지 도 3d 축전탈이온 장치의 셀을 나타내는 사시도들이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 축전탈이온 장치의 운전 및 재생방법을 설명하기 위한 모식도이다.

Claims (12)

  1. 차례로 배치된 제1 애노드 전극, 제1 분리판 및 제1 캐소드 전극을 구비하는 제1 셀;
    상기 제1 셀과 동일 평면 내에서 상기 제1 셀과 이격하여 위치하며, 차례로 배치된 제2 애노드 전극, 제2 분리판 및 제2 캐소드 전극을 구비하는 제2 셀;
    상기 제1 셀의 일 변에 인접하여 위치한 제1 처리액이 유입되는 제1 유입구와 상기 제1 셀의 다른 변에 인접하여 위치한 상기 제1 처리액이 배출되는 제1 유출구; 및
    상기 제2 셀의 일 변에 인접하여 위치한 제2 처리액이 유입되는 제2 유입구와 상기 제2 셀의 다른 변에 인접하여 위치한 상기 제2 처리액이 배출되는 제2 유출구를 포함하고,
    상기 셀들에서 상기 처리액들은 상기 제1 및 제2 유입구에서 각각 상기 제1 및 제2 유출구로 흐르며, 상기 셀들의 폭은 상기 처리액들의 진행방향을 따라 점차 감소되는 축전탈이온 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극들은 다공성 카본 전극인 축전탈이온 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극들은 카본페이퍼 전극, 카본섬유 전극, 카본컴포짓 전극, 카본펠트 전극 또는 카본클로스 전극인 축전탈이온 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분리판들은 다공성 시트인 축전탈이온 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 셀 및 제2 셀 각각의 외측부는 접착제에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 축전탈이온 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    분리부에 의해 분리된 제1 및 제2 관통부를 구비하는 지지체를 더 포함하되, 상기 제1 및 제2 셀은 각각 상기 제1 및 제2 관통부 내에 수용되는 축전탈이온 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 셀들을 바라보는 양면상에 위치하는 제1 애노드 전류집전체 및 제1 캐소드 전류집전체; 및
    상기 제2 셀들을 바라보는 양면상에 위치하는 제2 애노드 전류집전체 및 제2 캐소드 전류집전체를 더 포함하는 축전탈이온 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 셀들을 마주보는 양면상에 위치하는 제1 체결판 및 제2 체 결판을 더 포함하는 축전탈이온 장치.
  9. 삼각형의 형상을 가지며, 차례로 배치된 제1 애노드 전극, 제1 분리판 및 제1 캐소드 전극을 구비하는 제1 셀;
    상기 제1 셀과 동일 평면 내에 배치되고, 상기 제1 셀과 이격되되, 삼각형의 형상을 가지며, 차례로 배치된 제2 애노드 전극, 제2 분리판 및 제2 캐소드 전극을 구비하는 제2 셀;
    상기 셀들의 일변에 인접하여 위치하며, 제1 및 제2 처리액이 각각 유입되는 제1 및 제2 유입구; 및
    상기 셀들의 일변과 마주보는 꼭지점에 인접하여 위치하며, 제1 및 제2 처리액이 각각 배출되는 제1 및 제2 유출구를 포함하는 축전탈이온 장치.
  10. 반원의 형상을 가지며, 차례로 배치된 제1 애노드 전극, 제1 분리판 및 제1 캐소드 전극을 구비하는 제1 셀;
    상기 제1 셀과 동일 평면 내에 배치되고, 상기 제1 셀과 이격되되, 반원의 형상을 가지며, 차례로 배치된 제2 애노드 전극, 제2 분리판 및 제2 캐소드 전극을 구비하는 제2 셀;
    상기 셀들의 일변에 인접하여 위치하며, 제1 및 제2 처리액이 각각 유입되는 제1 및 제2 유입구; 및
    상기 셀들의 일변과 마주보는 호에 인접하여 위치하며, 제1 및 제2 처리액 이 각각 배출되는 제1 및 제2 유출구를 포함하는 축전탈이온 장치.
  11. 차례로 배치된 제1 애노드 전극, 제1 분리판 및 제1 캐소드 전극을 구비하는 제1 셀; 상기 제1 셀과 동일 평면 내에서 상기 제1 셀과 이격하여 위치하며, 차례로 배치된 제2 애노드 전극, 제2 분리판 및 제2 캐소드 전극을 구비하는 제2 셀; 상기 제1 셀의 일 변에 인접하여 위치한 제1 처리액이 유입되는 제1 유입구와 상기 제1 셀의 다른 변에 인접하여 위치한 상기 제1 처리액이 배출되는 제1 유출구; 및 상기 제2 셀의 일 변에 인접하여 위치한 제2 처리액이 유입되는 제2 유입구와 상기 제2 셀의 다른 변에 인접하여 위치한 상기 제2 처리액이 배출되는 제2 유출구를 포함하고, 상기 셀들에서 상기 처리액들은 상기 제1 및 제2 유입구에서 각각 상기 제1 및 제2 유출구로 흐르며, 상기 셀들의 폭은 상기 처리액들의 진행방향을 따라 점차 감소되는 축전탈이온 장치를 제공하는 단계;
    상기 제1 유입구 및 제2 유입구 중 적어도 어느 하나 내에 처리액들을 주입하는 단계;
    상기 제1 셀 및 제2 셀 중 적어도 어느 하나에 전압을 인가하여, 상기 셀을 탈이온단계로 도입시키는 단계; 및
    상기 탈이온단계가 완료된 상기 셀의 전압을 제거하여 상기 셀을 재생단계로 도입시키는 단계를 포함하는 축전탈이온 장치의 동작방법.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 셀 및 제2 셀의 어느 하나에 직류전원을 인가하는 단계 및 또 다른 어느 하나의 셀의 전원을 제거하는 단계를 동시에 수행하는 축전탈이온 장치의 동작방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101721697B1 (ko) * 2016-01-18 2017-03-30 한남대학교 산학협력단 축전식 탈염장치 내의 유로형태 설계
KR101833047B1 (ko) * 2016-05-17 2018-02-27 한남대학교 산학협력단 축전식 탈염 장치
KR102057422B1 (ko) * 2019-08-07 2019-12-18 건국대학교 산학협력단 전기투석 공정의 유속 가변형 스택

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101652043B1 (ko) * 2014-06-09 2016-08-30 광주과학기술원 서로 다른 패턴 또는 구조의 유로를 포함하는 복수 개의 집전체를 갖는 탈이온 장치
KR102511412B1 (ko) * 2015-03-27 2023-03-17 주식회사 경동나비엔 유로 일체형 축전식 탈염전극 및 이의 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030097262A (ko) * 2002-06-20 2003-12-31 한국전력공사 탈염장치의 탈염처리 및 이온제거 장치
KR20050031201A (ko) * 2003-09-29 2005-04-06 주식회사 포스코 폐수 또는 염수의 축전 탈이온화용 분리막 및 이를 이용한폐수 또는 염수의 이온제거방법
US20080057398A1 (en) 2006-09-06 2008-03-06 General Electric Company Non-faraday based systems, devices and methods for removing ionic species from liquid
KR20100089251A (ko) * 2009-02-03 2010-08-12 한국과학기술원 축전 탈 이온화 장치, 이를 이용한 축전 탈 이온화 방법 및이를 이용한 담수화 장치, 폐수 처리 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030097262A (ko) * 2002-06-20 2003-12-31 한국전력공사 탈염장치의 탈염처리 및 이온제거 장치
KR20050031201A (ko) * 2003-09-29 2005-04-06 주식회사 포스코 폐수 또는 염수의 축전 탈이온화용 분리막 및 이를 이용한폐수 또는 염수의 이온제거방법
US20080057398A1 (en) 2006-09-06 2008-03-06 General Electric Company Non-faraday based systems, devices and methods for removing ionic species from liquid
KR20100089251A (ko) * 2009-02-03 2010-08-12 한국과학기술원 축전 탈 이온화 장치, 이를 이용한 축전 탈 이온화 방법 및이를 이용한 담수화 장치, 폐수 처리 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101721697B1 (ko) * 2016-01-18 2017-03-30 한남대학교 산학협력단 축전식 탈염장치 내의 유로형태 설계
KR101833047B1 (ko) * 2016-05-17 2018-02-27 한남대학교 산학협력단 축전식 탈염 장치
KR102057422B1 (ko) * 2019-08-07 2019-12-18 건국대학교 산학협력단 전기투석 공정의 유속 가변형 스택

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