KR101147198B1

KR101147198B1 - 축전식 탈염 장치

Info

Publication number: KR101147198B1
Application number: KR1020120017797A
Authority: KR
Inventors: 강경석; 김태일; 손원근; 이용래; 박남수; 서대원
Original assignee: (주) 시온텍
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2012-05-25
Also published as: WO2013125832A1

Abstract

본 발명은 축전식 탈염 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 한 쌍의 지지부재를 이용하여 유체가 이동가능하며 전극 모듈이 안착되는 공간부를 형성함으로써 제조가 용이하고, 케이스 길이방향으로 전극 모듈이 구비되되, 복수개의 전극이 높이방향으로 나란하게 적층됨으로써 단자를 연결하기 위한 구성이 공간부의 양단부에 형성됨으로써 단자를 연결하기 위한 공간을 최소화할 수 있어 소형화가능한 축전식 탈염 장치에 관한 것이다.

Description

축전식 탈염 장치{Capacitive Deionization device}

현재 수용액 중의 이온성 물질을 제거하는 방법으로 이온교환수지를 이용한 이온교환법이 많이 사용되고 있다. 이 방법은 대부분의 이온성 물질들을 효과적으로 분리할 수 있지만 이온교환이 완료된 수지를 재생하는 과정에서 다량의 산, 염기, 또는 염의 폐액이 발생한다는 단점을 가지고 있다. 이외에도 역삼투막법, 전기투석법 등의 분리막 기술이 적용되고 있지만 막의 파울링으로 인한 처리 효율의 감소, 오염된 막의 세정, 주기적인 막의 교체 등과 같은 문제점을 안고 있다.

이러한 기존 탈염 기술들의 문제점을 해결하는 방법으로 전기이중층의 원리를 이용한 축전식 탈염 기술이 연구되고 있다.

축전식 탈염 기술의 일 예로서, 공개특허 WO01/13389(공개일 : 2002.02.12)가 제안된 바 있다.

상기 축전식 탈염 기술(capacitive deionization, CDI)에 이용되는 축전식 탈염 장치는 양극이 인가되는 양전극과, 음극이 인가되는 음전극과 처리수가 유통될 수 있도록 상기 양전극 및 음전극 사이에 구비되는 스페이서를 포함하여 적층되는 축전식 탈염 장치; 상기 축전식 탈염 장치에 전력을 공급하는 전원공급부; 및 제어부;를 포함하여 형성된다.

상기 축전식 탈염 장치는 전극 전위의 변화만으로 흡착과 탈착이 이루어지기 때문에 공정의 운전이 단순하고, 운전 과정에서 2차 오염물질을 배출하지 않는 환경 친화적인 장점이 있다.

그런데, 상기 축전식 탈염 장치는 용량을 증대하기 위해서는 탈염전극이 적층방향으로 확장되어야 하므로 내구성 등의 문제에 의해 적층 개수를 제한할 수 밖에 없으며, 복수개의 단자들을 외부로 연결하기 위한 공간이 필요하여 소형화가 어려운 문제점이 있다.

특히, 상기 축전식 탈염 장치는 산업용으로 사용되기 위하여 케이스 내부에 탈염 전극들이 구비되는 경우에 외부에서 전기를 인가하기 위하여 단자대를 연결하기 위하여 충분히 넓은 공간을 형성해야 하므로 그만큼 크기가 증가될 수밖에 없다.

또한, 상기 축전식 탈염 장치는 실제 전극이 구비되는 영역 외의 공간이 커짐에 따라, 세정 작업에 이용되는 세정액의 사용량이 그만큼 증가될 수밖에 없어 공정 효율 및 생산성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.

이에 따라, 탈염 효율은 향상할 수 있으면서도 소형화가 가능하며, 제조 및 유지 공정이 용이한 축전식 탈염 장치가 요구되고 있다.

특허문헌 1 PCT 공개특허 WO01/13389(공개일 : 2002.02.12)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 한 쌍의 지지부재를 이용하여 유체가 이동가능하며 전극 모듈이 안착되는 공간부를 형성함으로써 제조가 용이하고, 전극 모듈과 맞닿지 않는 영역을 최소화함으로써 탈염 효율을 향상할 수 있으며, 세척 공정을 간소화할 수 있는 축전식 탈염 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 케이스 길이방향으로 전극 모듈이 구비되되, 복수개의 전극이 높이방향으로 나란하게 적층됨으로써 단자를 연결하기 위한 구성이 공간부의 양단부에 형성됨으로써 단자를 연결하는 것이 용이하며, 안정적으로 단자를 연결가능하고, 그 공간을 최소화할 수 있어 소형화가능한 축전식 탈염 장치를 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 목적은 전극모듈이 안착된 제1지지부재 및 제2지지부재를 고정하는 고정링을 이용하여 내구성을 향상할 수 있으며, 조립성을 보다 높일 수 있는 축전식 탈염 장치를 제공하는 것이다.

아울러, 본 발명의 목적은 다양한 형태의 전극모듈을 이용하여 케이스의 길이방향으로 확장 가능함으로써 대용량 유체 처리가 가능한 축전식 탈염 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)는 길이방향으로 길게 형성되며 양단부에 각각 유체가 유입되는 입구부(110) 및 배출되는 출구부(120)가 형성된 케이스(100); 제1단자(212)를 통해 양극이 인가되는 양전극(210)과, 제2단자(222)를 통해 음극이 인가되는 음전극(220)과, 유체가 유통될 수 있도록 상기 양전극(210) 및 음전극(220) 사이에 구비되는 스페이서(230)가 복수개 적층되며, 적층방향으로 유체가 이동가능하도록 상기 양전극(210)과 음전극(220)의 일정 영역이 중공되는 연통홀(260)을 포함하는 전극 모듈(200); 상기 케이스(100) 내부에 대응되는 형태로 형성되며, 그 내부에 상기 케이스(100)의 길이방향으로 유체가 유동가능하고 상기 전극 모듈(200)이 안착되는 공간부(330)를 형성하는 제1안착홈(311) 및 제2안착홈(321)이 각각 형성되는 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320); 상기 제1지지부재(310) 또는 제2지지부재(320)의 상기 연통홀(260)에 대응되는 영역에 전극 모듈(200)의 적층방향으로 중공되는 연결유로(340); 상기 제1지지부재(310) 또는 제2지지부재(320)에 상기 케이스(100)의 길이방향으로 상기 연결유로(340) 및 출구부(120)를 연결하는 이동유로(350); 및 상기 전극 모듈(200)에 전원을 공급하는 전원공급부(400); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 입구부(110)를 통해 공간부(330)로 유입되는 유체가 상기 케이스(100)의 길이방향으로 상기 전극 모듈(200)을 통과하며, 상기 연통홀(260), 연결유로(340), 및 이동유로(350)를 거쳐 상기 출구부(120)를 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 케이스(100)는 양단부가 제1마개(130) 또는 제2마개(140)에 의해 개폐 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극 모듈(200)은 상기 케이스(100)의 길이방향으로 상기 공간부(330)의 양측으로 제1단자(212) 및 제2단자(222)가 돌출형성되며, 상기 전원공급부(400)는 각각 복수개의 제1단자(212) 및 제2단자(222)들과 연결되는 단자연결부(420); 및 상기 제1마개(130) 및 제2마개(140)를 관통하여 상기 단자연결부(420)와 연결되는 전원공급단자(410)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 케이스(100)의 중심축에 상기 전원공급단자(410)가 위치되도록 제1마개(130) 및 제2마개(140)에 각각 제1중공부(131) 및 제2중공부(132)가 형성되며, 상기 입구부(110)를 통해 유입되는 유체가 상기 공간부(330)로 이동되도록 상기 입구부(110)에 대응되는 위치의 상기 제1지지부재(310) 또는 제2지지부재(320)의 일측 면 일정 영역이 오목하게 형성되는 입구유로(360)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)를 고정하는 고정링(500)이 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 입구부(110) 및 출구부(120) 중 하나 또는 모두가 2개 이상 형성 가능한 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320) 공간부(330)를 높이방향으로 구획하는 분리판(600)이 구비되며, 상기 분리판(600)의 구획된 2개의 공간부(330)에 각각의 전원공급부(400)가 형성된 2개의 전극 모듈(200)이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극 모듈(200)은 상기 케이스(100)의 길이방향으로 상기 연통홀(260)이 복수개 형성되며, 상기 연결유로(340)가 상기 연통홀(260)에 대응되도록 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320) 중 하나가 상기 케이스(100)의 길이방향으로 복수개 분할 형성되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 전극 모듈(200)은 상기 양전극(210)이 제1집전판(211)의 양측 면에 음이온선택성 양전극층(201)이 형성되며, 상기 음전극(220)이 제2집전판(221)의 양측 면에 양이온선택성 음전극층(202)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극 모듈(200)은 제3집전판(241)의 일정 영역 양측 면에 음이온선택성 양전극층(201)이 형성되며, 나머지의 일정 영역 양측 면에 양이온선택성 음전극층(202)이 형성되는 제1복합전극(240)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 전극 모듈(200)은 상기 양전극(210) 및 음전극(220)이 상기 케이스(100)의 길이방향으로 일정거리 이격되게 구비되고, 상기 제1복합전극(240)이 상기 양전극(210)의 상측에 상기 양이온선택성 음전극층(202)이, 상기 음전극(220) 상측에 상기 음이온선택성 양전극층(201)이 대응되도록 위치되며, 양전극(210) 및 음전극(220)으로 이루어지는 층과, 제1복합전극(240)에 의한 층이 복수회 적층되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 전극 모듈(200)은 양전극(210), 음전극(220), 및 상기 양전극(210) 및 음전극(220) 사이에 구비되는 제1복합전극(240)이 상기 케이스(100)의 길이방향으로 양전극층(201) 및 음전극층(202)이 교번되도록 구비되고, 상기 양전극(210), 제1복합전극(240), 및 음전극(220)의 상측에 상기 제1복합전극(240)이 하측에 위치한 양전극층(201) 및 음전극층(202)과 반대되는 극성을 갖도록 구비되며, 양전극(210), 제1복합전극(240), 및 음전극(220)으로 이루어지는 층과, 제1복합전극(240)에 의한 층이 복수회 적층되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 양전극(210), 제1복합전극(240), 및 음전극(220)으로 이루어지는 층은 상기 제1복합전극(240)이 둘 이상 구비되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 전극 모듈(200)은 제4집전체의 일측 면에 음이온선택성 양전극층(201)이 형성되며, 타측 면에 양이온선택성 음전극층(202)이 형성되는 제2복합전극(250)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 전극 모듈(200)은 적층방향으로 양전극(210)과 음전극(220) 사이에 제2복합전극(250)이 구비되되, 서로 다른 전극층(201, 202)이 맞닿도록 위치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극 모듈(200)은 상기 양전극(210)과 음전극(220) 사이에 제2복합전극(250)이 복수개 구비되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 케이스(100)가 원통형태로 형성되며, 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)의 외면이 이에 대응되는 형태로 각각 반원형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 축전식 탈염 장치는 한 쌍의 지지부재를 이용하여 유체가 이동가능하며 전극 모듈이 안착되는 공간부를 형성함으로써 제조가 용이하고, 전극 모듈과 맞닿지 않는 영역을 최소화함으로써 탈염 효율을 향상할 수 있으며, 세척 공정을 간소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 축전식 탈염 장치는 케이스 길이방향으로 전극 모듈이 구비되되, 복수개의 전극이 높이방향으로 나란하게 적층됨으로써 단자를 연결하기 위한 구성이 공간부의 양단부에 형성됨으로써 단자를 연결하는 것이 용이하며, 안정적으로 단자를 연결가능하고, 그 공간을 최소화할 수 있어 소형화가능한 장점이 있다.

또, 본 발명의 축전식 탈염 장치는 전극모듈이 안착된 제1지지부재 및 제2지지부재를 고정하는 고정링을 이용하여 내구성을 향상할 수 있으며, 조립성을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.

아울러, 본 발명의 축전식 탈염 장치는 다양한 형태의 전극모듈을 이용하여 케이스의 길이방향으로 확장 가능함으로써 대용량 유체 처리가 가능한 장점이 있다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 축전식 탈염 장치의 사시도, 분해사시도, 단면도, 및 흐름개략도.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 축전식 탈염 장치의 다른 사시도, 분해사시도, 단면도, 및 흐름개략도.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 축전식 탈염 장치의 다른 단면도 및 흐름개략도.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 축전식 탈염 장치의 전극 모듈 예를 나타낸 분해사시도, 및 상세 단면도.
도 13은 본 발명에 따른 축전식 탈염 장치의 전극 모듈을 구성하는 제1복합전극을 나타낸 상세 단면도.
도 14 내지 도 16은 각각 본 발명에 따른 축전식 탈염 장치의 전극 모듈을 나타낸 도면.(양전극, 음전극, 제1복합전극, 및 스페이서 이용)
도 17은 본 발명에 다른 축전식 탈염 장치의 전극 모듈을 구성하는 제2복합전극을 나타낸 상세 단면도.
도 18 및 도 19는 각각 본 발명에 따른 축전식 탈염 장치의 전극 모듈을 나타낸 다른 도면.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)는 케이스(100), 전극 모듈(200), 제1지지부재(310), 제2지지부재(320), 연결유로(340), 이동유로(350), 및 전원공급부(400)를 포함하여 형성된다.

상기 케이스(100)는 본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)를 형성하는 기본 몸체로서, 내부에 외부와 차단되는 공간을 형성한다.

상기 케이스(100)는 내부에 일정 공간을 형성하는 통형부재로서, 길이방향으로 길게 형성되며, 다양한 형태로 형성가능하다.

본 발명에서 케이스(100)의 길이방향은 도 1의 X축 방향이며, 높이방향은 도 1의 Y축 방향으로 정의된다.

상기 케이스(100)의 양단부에는 각각 유체가 유입되는 입구부(110) 및 배출되는 출구부(120)가 형성된다.

본 발명에서 유체란, 상기 케이스(100) 내부로 유입되는 다양한 물질을 총칭하는 것으로서, 처리수, 농축수, 및 세척액 등으로 해석될 수 있다.

상기 입구부(110) 및 출구부(120)는 각각 하나 이상 형성되는 구성으로서, 입구부(110) 및 출구부(120)의 형성 위치 및 개수를 조절하여 유체의 이동 경로를 더욱 다양하게 조절가능하다.

또한, 상기 케이스(100)는 내부에 구비되는 구성들의 장착, 유지 및 보수가 용이하게 수행되도록 양단부가 개방된 상태이며, 제1마개(130) 및 제2마개(140)에 의해 개폐가능하게 형성되는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 제1마개(130) 및 제2마개(140)는 밀폐성을 확보하기 위하여 결합 부분에 인접하여 실링부재(미도시)가 더 구비될 수 있다.

상기 전극 모듈(200)은 제1단자(212)를 통해 양극이 인가되는 양전극(210)과, 제2단자(222)를 통해 음극이 인가되는 음전극(220)과, 유체가 유통될 수 있도록 상기 양전극(210) 및 음전극(220) 사이에 구비되는 스페이서(230)가 높이방향으로 복수개 적층된 형태이다.

상기 스페이서(230)는 상기 양전극(210)과 음전극(220)을 이격시켜 그 사이 영역에 유체가 흐를 수 있도록 하는 구성으로서, 물을 흡수할 수 있는 재질 등이 이용가능하다.

상기 양전극(210) 및 음전극(220)의 형태를 포함하는 전체 전극 모듈(200)의 형성 예는 아래에서 다시 설명한다.

상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)는 상기 케이스(100) 내부에 구비되는 구성으로서, 각각 상기 케이스(100) 내부 영역에 대응되는 형태의 반으로 구획되어 조립가능하게 형성된다.

이 때, 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)의 조립에 의해 상기 케이스(100)의 길이방향으로 유체가 유동가능하고 상기 전극 모듈(200)이 안착되는 공간부(330)가 형성된다.

이를 위하여 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)의 외측은 상기 케이스(100)의 내면 형태에 대응되도록 형성되며, 각각 제1안착홈(311) 및 제2안착홈(321)이 형성된다.

즉, 상기 제1지지부재(310)는 케이스(100) 중심 측면에 제1안착홈(311)이 형성되고, 상기 제2지지부재(320) 역시 케이스(100)의 중심 측면에 제2안착홈(321)이 형성됨으로써, 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)의 결합에 의해 상기 제1안착홈(311) 및 제2안착홈(321) 형성 영역이 공간부(330)를 형성한다.

상기 공간부(330)는 케이스(100)의 중심에 길이방향으로 길게 형성되며, 전극 모듈(200)이 구비되며, 유체가 유동된다.

이 때, 상기 전극 모듈(200)은 유체의 유동이 자유롭도록 전극 모듈(200) 형성 면을 기준으로 중심축에 수직한 방향(제1안착홈(311) 및 제2안착홈(321)을 형성하는 양측 돌출된 부분을 연결하는 방향)으로의 길이가 공간부(330)의 동일 방향 길이에 비해 작게 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

물론, 본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)는 전극 모듈(200)의 크기는 이에 한정되지 않으며, 상기 공간부(330) 내부에 삽입가능한 크기라면 더욱 다양하게 형성될 수 있다.

상기 연결유로(340)는 상기 제1지지부재(310) 또는 제2지지부재(320)의 상기 연통홀(260)에 대응되는 영역에 상기 전극 모듈(200)의 전극방향으로 중공되는 부분이다.

상기 연결유로(340)는 상기 전극 모듈(200)의 형태, 특히, 연통홀(260)의 개수에 따라 그에 대응되도록 2개 이상 형성될 수도 있다.

상기 이동유로(350)는 상기 제1지지부재(310) 또는 제2지지부재(320)에 상기 케이스(100)의 길이방향으로 상기 연결유로(340) 및 출구부(120)를 연결하는 부분이다.

즉, 상기 입구부(110)를 통해 공간부(330)로 유입되는 유체가 상기 케이스(100)의 길이방향으로 상기 전극 모듈(200)을 통과하며, 상기 연통홀(260), 연결유로(340), 및 이동유로(350)를 거쳐 상기 출구부(120)를 통해 배출된다.

상기 전원공급부(400)는 상기 전극 모듈(200)에 전원을 공급하기 위한 구성으로서, 단자연결부(420) 및 전원공급단자(410)를 포함하여 형성된다.

또한, 본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)는 전극 모듈(200)의 제1단자(212) 및 제2단자(222)를 용이하게 고정하고, 전원 공급을 위한 구성을 간소화하기 위하여 상기 전극 모듈(200)의 제1단자(212) 및 제2단자(222)는 상기 케이스(100)의 길이방향으로 상기 공간부(330)의 양측에 위치되도록 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 전극 모듈(200)은 상기 공간부(330)에 위치되되, 전원 연결을 위한 제1단자(212)가 상기 케이스(100)의 길이방향으로 일측에 제2단자(222)가 상기 케이스(100)의 길이방향으로 타측에 위치된다.

이 때, 상기 제1단자(212) 및 제2단자(222)는 각각의 단자연결부(420)를 통해 고정될 수 있다.

상기 단자연결부(420)는 각각 상기 제1단자(212) 및 제2단자(222)들을 고정하기 위한 구성으로서, 기본적으로 케이스(100) 내부에 2개 구비된다.

상기 단자연결부(420)는 상기 제1단자(212) 또는 제2단자(222)들과 다양한 방법에 의해 고정될 수 있으며, 일 예로서, 용접될 수 있으며, 도 2, 및 3 등에서 단자고정볼트를 이용하여 체결되는 예를 나타내었다.

상기 단자고정볼트를 이용하는 경우에, 상기 단자연결부(420)는 단자고정볼트가 삽입 체결될 수 있는 형태가 형성되며, 상기 제1단자(212) 또는 제2단자(222) 역시 단자고정볼트가 십입될 수 있는 중공 영역이 형성되어야 한다.

아울러, 단자연결부(420)의 양측에서 제1단자(212) 또는 제2단자(222)가 나뉘어 연결될 수 있다.

더욱 상세하게, 단자연결부(420)는 육면제 형태로 형성되되, 일측 면에서 제1단자(212)의 일부 군이 타측 면에서 제1단자(212)의 나머지 군이 각각의 단자고정볼트를 이용하여 고정될 수 있다.

상기 전원공급단자(410)는 제1마개(130) 또는 제2마개(140)를 관통하여 상기 단자연결부(420)와 연결되는 구성으로서, 외부 전원을 상기 단자연결부(420)를 통해 제1단자(212) 또는 제2단자(222)로 공급한다.

상기 단자연결부(420)는 전기 전도성이 우수하고 유체 속에서도 전기에 의한 안정성이 우수한 다양한 재질이 이용될 수 있으며, 그 예로서, 흑연, 티타늄, 스테인레스를 들 수 있으며, 상기 제1단자(212) 및 제2단자(222)가 고정 결합된 단자연결부(420)를 부도체 물질로 코팅하여 사용할 수도 있다.

본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)는 연결유로(340) 및 이동유로(350)가 형성된 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)의 공간부(330) 내부에 전극 모듈(200)이 안착된 상태(이 때, 제1단자(212) 및 제2단자(222)들은 단자연결부(420)에 연결된 상태일 수 있다.)로, 상기 케이스(100) 내부로 삽입되는 간단한 구조로서, 제조성을 높일 수 있다.

이 때, 상기 전극 모듈(200)이 안착된 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)는 고정된 상태를 유지할 수 있도록 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320) 둘레를 동시에 감싸 고정하는 고정링(500)이 하나 이상 형성될 수 있다.

상기 고정링(500)은 내부식성 및 내구성을 갖는 스테인레스 재질이 이용될 수도 있다.

또한, 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)의 외면에는 케이스(100) 내부에서 이동을 방지하기 위한 부재 등이 더 구비될 수 있다.

아울러, 본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 입구부(110) 및 출구부(120)의 형성 개수 및 위치(이에 따른 연결유로(340) 및 이동유로(350) 형태 변경됨), 부가가능한 분리판(600)의 구비 여부 등을 조절하여 다양한 형태로 제조가능하다.

먼저, 도 1 내지 도 4에 도시한 본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 케이스(100)의 중심축에 상기 전원공급단자(410)가 위치되어 제1마개(130) 및 제2마개(140)를 관통하여 상기 단자연결부(420)와 연결되며, 상기 입구부(110)가 제1마개(130)의 하측 영역(제2지지부재(320) 형성 영역)에, 상기 출구부(120)가 제2마개(140)의 상측 영역(제2지지부재(320) 형성 영역))에 각각 하나씩 형성된 예를 나타내었다.

이 때, 상기 전원공급단자(410)가 케이스(100) 내부의 단자연결부(420)와 연결되기 위하여 상기 제1마개(130) 및 제2마개(140)에 각각 제1중공부(131) 및 제2중공부(132)가 형성된다.

또한, 상기 입구부(110)로부터 유입되는 유체가 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)에 의해 형성되는 공간부(330)로 용이하게 안내될 수 있도록, 상기 제1지지부재(310) 또는 제2지지부재(320)의 일측 면 일정 영역이 오목하게 형성되는 입구유로(360)가 형성되는 것이 바람직하다.

도 2에, 상기 입구부(110)에 대응되는 제2지지부재(320)의 일정 영역에, 상기 입구부(110)를 통해 유입되는 유체를 상기 공간부(330)로 안내하는 반원형 링 형태의 입구유로(360)가 형성된 예를 나타내었다.

도 4를 참조로, 도 1 내지 도 3에 도시한 본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)의 유체 이동을 설명하면, 상기 입구부(110)를 통해 유입된 유체는 제2지지부재(320)의 입구유로(360)를 통해 공간부(330)의 탈염 전극을 통과하며, 상기 탈염 전극의 연통홀(260), 제1지지부재(310)의 연결유로(340) 및 이동유로(350)를 통과하고, 상기 출구부(120)를 통해 배출된다.

본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)는 케이스(100)의 길이방향으로 전극모듈이 길게 형성되며, 상기 케이스(100)의 길이방향으로 연통홀(260)이 복수개 형성되고, 상기 연결유로(340)가 상기 연통홀(260)에 대응되도록 복수개 형성될 수 있다.

이 때, 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320) 중 하나가 상기 케이스(100)의 길이방향으로 복수개 분할 형성되어 제조성을 더욱 높일 수 있다.

도 5 내지 도 8에 도시한 축전식 탈염장치는 상기 연통홀(260) 및 연결유로(340)가 케이스(100) 길이방향으로 일정거리 이격되어 2개 형성되며, 입구부(110)가 하측 영역(제2지지부재(320) 영역)에 1개, 출구부(120)가 상측 영역(제1지지부재(310) 영역)에 2개 형성된 예를 나타내었고, 상기 제1지지부재(310)가 2개 형성되며 이를 310a, 310b로 나타내었다.

또한, 상기 제1지지부재(310)가 2개로 분할되며, 제1지지부재(310)와 제2지지부재(320)를 고정하는 고정링(500)이 4개 형성된 예를 나타내었다.

도 8을 참조로, 도 5 내지 도 7에 도시한 본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)의 유체 이동을 설명하면, 상기 입구부(110)를 통해 유입된 유체는 제2지지부재(320)의 입구유로(360)를 통해 공간부(330)의 탈염 전극을 통과하며, 일부는 도면 좌측에 위치한 연통홀(260)을 통해 나머지는 도면 우측에 위치한 연통홀(260)을 통해 그에 대응되는 연결유로(340)를 통과하여 이동유로(350)로 이동되며, 상기 이동유로(350)의 좌측 및 우측에 위치되는 2개의 출구부(120)를 통해 배출된다.

도 9 및 도 10에 도시한 본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320) 공간부(330)를 높이방향으로 구획하는 분리판(600)이 구비되며, 상기 분리판(600)의 구획된 2개의 공간부(330)에 각각의 전원공급부(400)가 형성된 2개의 전극 모듈(200)이 구비되는 예를 나타내었다.

상기 분리판(600)에 의해 구획되는 공간에 각각 유체가 유입 및 배출되도록 입구부(110) 및 출구부(120)는 각각 2개가 구비된다.

상기 분리판(600)이 케이스(100)의 축방향에 위치되도록 형성됨에 따라, 상기 입구부(110), 출구부(120) 및 전원공급단자(410)는 축 방향의 둘레에 다양하게 위치될 수 있다.

상기 도 10 (a) 및 (b)에 상기 분리판(600)에 의해 구획되는 공간의 유체 흐름을 나타낸 바와 같이, 도 9에 도시한 축전식 탈염 장치(1000)는 분리판(600)에 의해 구획되는 공간에 전극 모듈(200)이 각각 구비되며, 상기 전극 모듈(200)의 제어가 개별적으로 행해지는 예를 나타내었다.

상기 분리판(600)은 부도체로 형성되며, 전극 모듈(200)과 밀착되어 미처리된 유입수가 다른 공간으로 이동되지 않도록 하는 재질이 이용되는 것이 바람직하다.

상기 분리판(600)의 예로서, 테프론이나 실리콘 고무 등이 이용될 수 있다.

도 9 및 도 10에 도시한 축전식 탈염 장치(1000)는 하나의 공간 내부에서 정수가 행해지면, 나머지 공간에서 재생을 수행함으로써 처리수를 연속 생산할 수 있다.

더욱 상세하게, 양전극(210)에 양전압이 인가되고, 음전극(220)에 음전압이 인가되면, 양전극(210)에 음이온이 흡착되고, 음전극(220)에 양이온이 흡착됨으로써 유체 내부의 이온이 남아있지 않은 순수에 가까운 총 용해고형물(TDS)이 0에 가까운 처리수를 생성하는 정수 공정이 수행된다.

또한, 다른 공간은 흡착된 양이온 및 음이온이 탈착되어 배출되는 재생 공정이 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 케이스(100)가 원통형태로 형성되며, 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)의 외면이 이에 대응되는 형태로 각각 반원형태로 형성되어 제조성 및 소형화가능하도록 할 수 있다.

도 11 내지 도 19는 다양한 전극모듈의 형태를 나타낸 것으로서, 먼저, 도 11에 도시한 형태를 설명하면, 양전극(210) - 스페이서(230) - 음전극(220) - 스페이스가 순차적으로 복수회 반복 적층된 형태를 나타내었다.

이 때, 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 양전극(210)은 제1집전판(211)의 양측 면에 음이온선택성 양전극층(201)이 형성되며, 상기 음전극(220)은 제2집전판(221)의 양측 면에 양이온선택성 음전극층(202)이 형성된 형태가 이용될 수 있다.

도 13은 제3집전판(241)의 일정 영역 양측 면에 음이온선택성 양전극층(201)이 형성되며, 나머지의 일정 영역 양측 면에 양이온선택성 음전극층(202)이 형성되는 제1복합전극(240)의 형태를 나타낸 것으로서, 본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)는 양전극(210), 스페이서(230), 음전극(220) 및 제1복합전극(240)이 이용되는 전극 모듈(200)이 이용될 수 있다.

도 14 내지 도 16은 양전극(210), 스페이서(230), 음전극(220) 및 제1복합전극(240)이 이용되는 전극 모듈(200)의 다양한 예를 나타낸 예로서, 도 14는 케이스(100)의 길이방향으로 2열, 도 15는 4열, 도 16은 6열로 형성된 예를 나타내었다.

도 14에 도시한 형태의 상기 전극 모듈(200)은 상기 양전극(210) 및 음전극(220)이 상기 케이스(100)의 길이방향으로 일정거리 이격되게 구비되고, 상기 제1복합전극(240)이 상기 양전극(210)의 상측에 상기 양이온선택성 음전극층(202)이, 상기 음전극(220) 상측에 상기 음이온선택성 양전극층(201)이 대응되도록 위치되며, 양전극(210) 및 음전극(220)으로 이루어지는 층과, 제1복합전극(240)에 의한 층이 복수회 적층되는 예를 나타내었다.

또한, 상기 전극 모듈(200)은 양전극(210), 및 음전극(220) 사이에 제1복합전극(240)이 구비되되, 상기 케이스(100)의 길이방향으로 양전극층(201) 및 음전극층(202)이 교번되도록 구비되고, 상기 양전극(210), 제1복합전극(240), 및 음전극(220)의 상측에 상기 제1복합전극(240)이 하측에 위치한 양전극층(201) 및 음전극층(202)과 반대되는 극성을 갖도록 구비되며, 양전극(210), 제1복합전극(240), 및 음전극(220)으로 이루어지는 층과, 제1복합전극(240)에 의한 층이 복수회 적층될 수 있다.

도 15는 상기 양전극(210), 음전극(220) 및 제1복합전극(240)으로 이루어진 층에서, 상기 제1복합전극(240)이 하나 이용된 예를 나타내었으며, 도 16은 상기 양전극(210), 음전극(220) 및 제1복합전극(240)으로 이루어진 층에서, 상기 제1복합전극(240)이 둘 이용된 예를 나타내었다.

또한, 도 17은 제4집전체의 일측 면에 음이온선택성 양전극층(201)이 형성되며, 타측 면에 양이온선택성 음전극층(202)이 형성되는 제2복합전극(250)의 형태를 나타낸 것으로서, 도 18 및 도 19에 이를 이용한 형태를 나타내었다.

상기 제2복합전극(250)은 일측 면에 양전극층(201), 타측면에 음전극층(202)이 형성된 것으로서, 상기 전극 모듈(200)은 적층방향으로 양전극(210)과 음전극(220) 사이에 제2복합전극(250)이 구비되되, 서로 다른 전극층(201, 202)이 맞닿도록 위치될 수 있다.

도 18은 양전극(210)과 음전극(220) 사이에 구비되는 제2복합전극(250)이 하나인 예를 도 19는 제2복합전극(250)이 둘인 예를 나타내었다.

더욱 상세하게, 도 18은 양전극(210)이 구비되고, 상기 양전극(210)의 상측에 음전극층(202)이 맞닿도록 제2복합전극(250)이 구비되며, 상기 제2복합전극(250)의 상측에 음전극(220)이 구비되고, 상기 음전극(220)의 상측에 양전극층(201)이 맞닿도록 제2복합전극(250)이 구비되며, 상기 양전극(210), 제2복합전극(250)(음전극층(202) 하면), 음전극(220), 제2복합전극(250)(양전극층(201) 하면)이 복수회 적층되는 예를 나타내었다.

도 19는 양전극(210)이 구비되고, 상기 양전극(210)의 상측에 음전극층(202)이 맞닿도록 제2복합전극(250)이 구비되며, 상기 제2복합전극(250)의 상측에 음전극층(202)이 맞닿도록 다른 제2복합전극(250)이 구비되며, 상기 제2복합전극(250)의 상측에 음전극(220)이 위치되는 예를 나타내었다.

이 때, 상기 스페이서(230)는 전극들 사이에 구비되며, 양전극(210), 음전극(220) 및 제1복합전극(240)(또는 제2복합전극(250))에 의해 형성되는 전체 면적에 대응되도록 형성될 수 있다.

본 발명의 축전식 탈염 장치(1000)는 용량설계와 요구 전압에 따라 다양하게 전극 모듈(200)을 설계할 수 있고 고전압 저전류의 전원공급부(400)를 저렴하게 만들 수 있어 생산 원가를 낮출 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 축전식 탈염 장치
100 : 케이스
110 : 입구부 120 : 출구부
130 : 제1마개 131 : 제1중공부
140 : 제2마개 132 : 제2중공부
200 : 전극 모듈
201 : 음이온선택성 양전극층 202 : 양이온선택성 음전극층
210 : 양전극 211 : 제1집전판
212 : 제1단자
220 : 음전극 221 : 제2집전판
222 : 제2단자
230 : 스페이서
240 : 제1복합전극 241 : 제3집전판
250 : 제2복합전극 251 : 제4집전판
260 : 연통홀
310 : 제1지지부재 311 : 제1안착홈
320 : 제2지지부재 321 : 제2안착홈
330 : 공간부 340 : 연결유로
350 : 이동유로 360 : 입구유로
400 : 전원공급부 410 : 전원공급단자
420 : 단자연결부
500 : 고정링
600 : 분리판

Claims

길이방향으로 길게 형성되며 양단부에 각각 유체가 유입되는 입구부(110) 및 배출되는 출구부(120)가 형성된 케이스(100);
제1단자(212)를 통해 양극이 인가되는 양전극(210)과, 제2단자(222)를 통해 음극이 인가되는 음전극(220)과, 유체가 유통될 수 있도록 상기 양전극(210) 및 음전극(220) 사이에 구비되는 스페이서(230)가 복수개 적층되며, 적층방향으로 유체가 이동가능하도록 상기 양전극(210)과 음전극(220)의 일정 영역이 중공되는 연통홀(260)을 포함하는 전극 모듈(200);
상기 케이스(100) 내부에 대응되는 형태로 형성되며, 그 내부에 상기 케이스(100)의 길이방향으로 유체가 유동가능하고 상기 전극 모듈(200)이 안착되는 공간부(330)를 형성하는 제1안착홈(311) 및 제2안착홈(321)이 각각 형성되는 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320);
상기 제1지지부재(310) 또는 제2지지부재(320)의 상기 연통홀(260)에 대응되는 영역에 전극 모듈(200)의 적층방향으로 중공되는 연결유로(340);
상기 제1지지부재(310) 또는 제2지지부재(320)에 상기 케이스(100)의 길이방향으로 상기 연결유로(340) 및 출구부(120)를 연결하는 이동유로(350); 및
상기 전극 모듈(200)에 전원을 공급하는 전원공급부(400); 를 포함하는 축전식 탈염 장치.
제1항에 있어서,
상기 축전식 탈염 장치(1000)는
상기 입구부(110)를 통해 공간부(330)로 유입되는 유체가 상기 케이스(100)의 길이방향으로 상기 전극 모듈(200)을 통과하며,
상기 연통홀(260), 연결유로(340), 및 이동유로(350)를 거쳐 상기 출구부(120)를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제1항에 있어서,
상기 케이스(100)는 양단부가 제1마개(130) 또는 제2마개(140)에 의해 개폐가능한 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제3항에 있어서,
상기 전극 모듈(200)은 상기 케이스(100)의 길이방향으로 상기 공간부(330)의 양측으로 제1단자(212) 및 제2단자(222)가 돌출형성되며,
상기 전원공급부(400)는 각각 복수개의 제1단자(212) 및 제2단자(222)들과 연결되는 단자연결부(420); 및 상기 제1마개(130) 및 제2마개(140)를 관통하여 상기 단자연결부(420)와 연결되는 전원공급단자(410)를 포함하는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치(1000);
제3항에 있어서,
상기 축전식 탈염 장치(1000)는
상기 케이스(100)의 중심 축에 상기 전원공급단자(410)가 위치되도록 제1마개(130) 및 제2마개(140)에 각각 제1중공부(131) 및 제2중공부(132)가 형성되며,
상기 입구부(110)를 통해 유입되는 유체가 상기 공간부(330)로 이동되도록 상기 입구부(110)에 대응되는 위치의 상기 제1지지부재(310) 또는 제2지지부재(320)의 일측 면 일정 영역이 오목하게 형성되는 입구유로(360)가 형성되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제1항에 있어서,
상기 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)를 고정하는 고정링(500)이 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제1항에 있어서,
상기 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 입구부(110) 및 출구부(120) 중 하나 또는 모두가 2개 이상 형성가능한 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제7항에 있어서,
상기 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320) 공간부(330)를 높이방향으로 구획하는 분리판(600)이 구비되며,
상기 분리판(600)의 구획된 2개의 공간부(330)에 각각의 전원공급부(400)가 형성된 2개의 전극 모듈(200)이 구비되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제1항에 있어서,
상기 전극 모듈(200)은 상기 케이스(100)의 길이방향으로 상기 연통홀(260)이 복수개 형성되며,
상기 연결유로(340)가 상기 연통홀(260)에 대응되도록 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제9항에 있어서,
상기 축전식 탈염 장치(1000)는 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320) 중 하나가 상기 케이스(100)의 길이방향으로 복수개 분할 형성되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제1항 내지 제10항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 모듈(200)은
상기 양전극(210)이 제1집전판(211)의 양측 면에 음이온선택성 양전극층(201)이 형성되며,
상기 음전극(220)이 제2집전판(221)의 양측 면에 양이온선택성 음전극층(202)이 형성되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제11항에 있어서,
상기 전극 모듈(200)은
제3집전판(241)의 일정 영역 양측 면에 음이온선택성 양전극층(201)이 형성되며, 나머지의 일정 영역 양측 면에 양이온선택성 음전극층(202)이 형성되는 제1복합전극(240)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제12항에 있어서,
상기 전극 모듈(200)은
상기 양전극(210) 및 음전극(220)이 상기 케이스(100)의 길이방향으로 일정거리 이격되게 구비되고,
상기 제1복합전극(240)이 상기 양전극(210)의 상측에 상기 양이온선택성 음전극층(202)이, 상기 음전극(220) 상측에 상기 음이온선택성 양전극층(201)이 대응되도록 위치되며,
양전극(210) 및 음전극(220)으로 이루어지는 층과, 제1복합전극(240)에 의한 층이 복수회 적층되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치(1000)
제12항에 있어서,
상기 전극 모듈(200)은
양전극(210), 음전극(220), 및 상기 양전극(210) 및 음전극(220) 사이에 구비되는 제1복합전극(240)이 상기 케이스(100)의 길이방향으로 양전극층(201) 및 음전극층(202)이 교번되도록 구비되고,
상기 양전극(210), 제1복합전극(240), 및 음전극(220)의 상측에 상기 제1복합전극(240)이 하측에 위치한 양전극층(201) 및 음전극층(202)과 반대되는 극성을 갖도록 구비되며,
양전극(210), 제1복합전극(240), 및 음전극(220)으로 이루어지는 층과, 제1복합전극(240)에 의한 층이 복수회 적층되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제14항에 있어서,
상기 양전극(210), 제1복합전극(240), 및 음전극(220)으로 이루어지는 층은 상기 제1복합전극(240)이 둘 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제11항에 있어서,
상기 전극 모듈(200)은 제4집전체의 일측 면에 음이온선택성 양전극층(201)이 형성되며, 타측 면에 양이온선택성 음전극층(202)이 형성되는 제2복합전극(250)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제16항에 있어서,
상기 전극 모듈(200)은
적층방향으로 양전극(210)과 음전극(220) 사이에 제2복합전극(250)이 구비되되,
서로 다른 전극층(201, 202)이 맞닿도록 위치되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제17항에 있어서,
상기 전극 모듈(200)은 상기 양전극(210)과 음전극(220) 사이에 제2복합전극(250)이 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.
제1항 내지 제10항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
상기 축전식 탈염 장치(1000)는
상기 케이스(100)가 원통형태로 형성되며, 상기 제1지지부재(310) 및 제2지지부재(320)의 외면이 이에 대응되는 형태로 각각 반원형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 축전식 탈염 장치.