KR102078100B1 - 전기 투석 시스템 - Google Patents

전기 투석 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102078100B1
KR102078100B1 KR1020180073479A KR20180073479A KR102078100B1 KR 102078100 B1 KR102078100 B1 KR 102078100B1 KR 1020180073479 A KR1020180073479 A KR 1020180073479A KR 20180073479 A KR20180073479 A KR 20180073479A KR 102078100 B1 KR102078100 B1 KR 102078100B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
diaphragm
flow path
hole
holes
flow
Prior art date
Application number
KR1020180073479A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200001646A (ko
Inventor
김백암
Original Assignee
김백암
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김백암 filed Critical 김백암
Priority to KR1020180073479A priority Critical patent/KR102078100B1/ko
Publication of KR20200001646A publication Critical patent/KR20200001646A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102078100B1 publication Critical patent/KR102078100B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • C02F1/4693—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis electrodialysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/422—Electrodialysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 전해 시스템은 탈염의 대상이 되는 유입수로 두 종류의 유입수를 유입시켜 탈염수 및 농축수를 포함하는 두 종류 처리수를 생성할 수 있는, 즉, 4 개의 유입수를 유입시켜 4 개의 처리수로 처리할 수 있는 효과가 있으며, 따라서 대규모 시설의 적용이 유리하고, 유지 및 보수 비용이 현저히 감소되는 효과가 있으며, 특정 양이온 및 음이온을 선택적으로 포함하는 이온수의 제조를 이온 분리 과정에서 바로 수행되도록 하는 효과가 있다.

Description

전기 투석 시스템{Electrodialysis system}
본 발명은 전기 투석 시스템에 관한 것이다.
전기 투석(ElectroDialysis, 電氣透析) 시스템은, 양이온교환막과 음이온교환막을 번갈아 배열하고 그 양단에 직류로 전압을 흐르게 하면, 유입수(원수) 내의 양이온 및 음이온이 각각의 이온교환막을 투과하여 이동함으로써 탈염수 및 농축액을 포함하는 처리수가 각각 번갈아 셀 내에 생성되어 유출되는 장치 및 방법을 말한다. 통상적으로 이러한 전기 투석 시스템은 해수의 제염 및 폐수 처리 등에 사용되고 있다.
구체적으로, 전기 투석 시스템은, 양이온을 선택적으로 투과시키는 양이온교환막과 음이온을 선택적으로 투과시키는 음이온교환막이 일정 공간을 두고 교대로 배열되고, 상기 교대로 배열된 양이온교환막과 음이온교환막들 사이의 공간들을 유입수가 교호로 분리되어 통과하는 희석실 수로와 농축실 수로로 형성한 투석함체를 형성한다. 또한 상기 투석함체의 양단에 직류를 공급하는 직류공급장치가 구비된다.
이때 상기 교대로 배열된 이온교환막들 사이에는 유입수 및 처리수가 흐를 수 있도록 하는 격막(스페이서, spacer)이 구비되며, 이 격막에 의해, 유입수들끼리 혼합되거나 처리수인 농축수와 탈염수가 혼합되는 문제를 방지한다.
그러나 전기 투석 시스템을 실제로 활용하기 위해서는 대규모의 시설이 요구됨에 따라, 보다 간단한 구조를 가지면서 단위 규모당 더 높은 처리 효율을 낼 수 있는 전기 투석 시스템에 대한 연구가 필요하다.
한국등록특허공보 제10-0901857호 및 한국등록특허공보 제10-1564921호에는 동일 규격을 가지는 한 종류의 격막를, 각 격막의 배열 방향을 달리하여 배열함으로써, 탈염의 대상이 되는 유입수로 한 종류의 유입수를 유입시켜 탈염수 및 농축수를 생성하는 방법 및 장치가 개시되어 있다.
그러나 상기 특허에서는 탈염의 대상이 되는 유입수로 한 종류의 유입수 밖에 처리할 수 없는 한계가 있어, 그 효율이 현저히 떨어지는 문제가 있다. 또한 상기 특허에서는 탈염의 대상이 되는 유입수로 한 종류의 유입수 밖에 사용될 수 없음에 따라, 유입수의 탈염 용도로 밖에 국한되어 사용될 수밖에 없다.
구체적으로, 상기 특허와 같은 종래의 발명에서는 특정 유입수들로부터 특정 이온을 선택적으로 분리하여, 이 특정 이온들을 요구 목적에 맞도록 포함하는 이온수의 제조를 이온 분리 과정에서 바로 수행되도록 하는 것은 기술적으로 어려운 단점이 있으며, 이는 시도조차 된 바 없다. 구체적인 예로, 종래 발명에서는 제1 양이온 및 제1 음이온을 포함하는 제1 유입수와 제2 양이온 및 제2 음이온을 포함하는 제2 유입수로부터, 제1 양이온 및 제2 음이온을 포함하는 제1 이온수 또는 제2 양이온 및 제1 음이온을 포함하는 제2 이온수를, 유입수의 이온 분리 과정과 함께 제조되도록 하는 것은 기술적으로 불가하다.
한국등록특허공보 제10-0901857호 (2009.06.02) 한국등록특허공보 제10-1564921호 (2015.10.27)
본 발명의 목적은 탈염의 대상이 되는 유입수로 두 종류의 유입수를 유입시켜 탈염수 및 농축수를 포함하는 처리수 두 종류를 생성할 수 있는, 즉, 4 개의 유입수를 유입시켜 4 개의 처리수로 처리할 수 있는 전해 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동일 규격을 가지는 한 종류의 격막이 사용됨에도 4 개의 유입수를 유입시켜 4 개의 처리수로 처리할 수 있고, 따라서 대규모 시설의 적용이 유리하며, 유지 및 보수 비용이 현저히 감소되는 전해 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탈염의 대상이 되는 유입수로 두 종류의 유입수를 유입시켜 탈염수 및 농축수를 포함하는 두 종류 처리수를 생성할 수 있음에 따라, 특정 양이온 및 음이온을 선택적으로 포함하는 이온수의 제조를 이온 분리 과정에서 바로 수행되도록 하는 전해 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전기 투석 시스템은 단위 격막(100)과 이온교환막(200)이 복수 회 서로 교번 적층되는 단위 복합셀(800)을 포함하는 것으로, 상기 단위 격막(100)은 중앙부에 관통 형성되는 유로채널부(110); 상기 유로채널부(110)의 단부에 연장 관통 형성되는 2 개의 유로채널홀(120a, 120b); 및 외곽에 형성되는 복수 개의 유로홀(130a~130f);을 포함하며, 상기 단위 격막(100)은 중심점(CP) 또는 중심선(CLx, CLy)을 기준으로 회전 또는 반전되어 교번 적층되되, 상기 유로채널홀(120a, 120b) 및 유로홀(130a~130f)은 인접하는 다른 단위 격막(100)의 유로채널홀(120a, 120b) 및 유로홀(130a~130f)에서 선택되는 홀과 각각 대응 연통하여 유로관을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 유로채널홀(120a, 120b)은 유로채널홀간 서로 이격하여 형성되는 제1 유로채널홀(120a) 및 제2 유로채널홀(120b)로 구성될 수 있고, 상기 유로홀(130a~130f)은 유로홀간 서로 이격하여 형성되는 제1 내지 제6 유로홀(130a~130f)로 구성될 수 있으며, 상기 유로채널홀(120a, 120b) 및 유로홀(130a~130f)은 상기 중심점(CP) 및 중심선(CLx, CLy)에 대하여 대칭을 이룰 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 단위 격막은 제1 격막(100a), 제2 격막(100b), 제3 격막(100c) 및 제4 격막(100d)을 포함할 수 있으며, 이들 사이에 이온교환막이 각각 배치될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 단위 격막의 외곽은 격막의 중심점(CP)을 기준으로 상단 외곽부, 하단 외곽부, 좌단 외곽부 및 우단 외곽부를 포함할 수 있으며, 상기 제1 유로채널홀(120a)은 상기 좌단 외곽부에 형성될 수 있고, 상기 제2 유로채널홀(120b)은 상기 하단 외곽부에 형성될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 유로홀(130a, 130b)은 상기 상단 외곽부에 형성될 수 있고, 상기 제3 및 제4 유로홀(130c, 130d)은 상기 우단 외곽부에 형성될 수 있으며, 상기 제5 유로홀(130e)은 상기 하단 외곽부에 형성될 수 있고, 상기 제6 유로홀(130f)은 상기 좌단 외곽부에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 유로홀(130a)은 상기 제2 유로홀(130b)의 좌측에 형성될 수 있고, 상기 제3 유로홀(130c)은 상기 제4 유로홀(130d)의 상측에 형성될 수 있으며, 상기 제5 유로홀(130e)은 상기 제2 유로채널홀(120b)의 좌측에 형성될 수 있고, 상기 제6 유로홀(130f)은 상기 제1 유로채널홀(120a)의 하측에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 격막(100a)의 제1 유로채널홀(120a), 상기 제2 격막(100b)의 제6 유로홀(130f), 상기 제3 격막(100c)의 제4 유로홀(130d) 및 상기 제4 격막(100d)의 제3 유로홀(130c)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제1 격막(100a)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제2 유로채널홀(120b), 상기 제2 격막(100b)의 제2 유로홀(130b), 상기 제3 격막(100c)의 제1 유로홀(130a) 및 상기 제4 격막(100d)의 제5 유로홀(130e)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제1 격막(100a)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제1 유로홀(130a), 상기 제2 격막(100b)의 제5 유로홀(130e), 상기 제3 격막(100c)의 제2 유로채널홀(120b) 및 상기 제4 격막(100d)의 제2 유로홀(130b)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제3 격막(100c)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제2 유로홀(130b), 상기 제2 격막(100b)의 제2 유로채널홀(120b), 상기 제3 격막(100c)의 제5 유로홀(130e) 및 상기 제4 격막(100d)의 제1 유로홀(130a)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제2 격막(100b)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제3 유로홀(130c), 상기 제2 격막(100b)의 제4 유로홀(130d), 상기 제3 격막(100c)의 제6 유로홀(130f) 및 상기 제4 격막(100d)의 제1 유로채널홀(120a)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제4 격막(100d)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제4 유로홀(130d), 상기 제2 격막(100b)의 제3 유로홀(130c), 상기 제3 격막(100c)의 제1 유로채널홀(120a) 및 상기 제4 격막(100d)의 제6 유로홀(130f)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제3 격막(100c)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제5 유로홀(130e), 상기 제2 격막(100b)의 제1 유로홀(130a), 상기 제3 격막(100c)의 제2 유로홀(130b) 및 상기 제4 격막(100d)의 제2 유로채널홀(120b)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제4 격막(100d)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제6 유로홀(130f), 상기 제2 격막(100b)의 제1 유로채널홀(120a), 상기 제3 격막(100c)의 제3 유로홀(130c) 및 상기 제4 격막(100d)의 제4 유로홀(130d)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제2 격막(100b)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단위 격막은 도 2에 도시된 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널부(110)의 위치 및 형태의 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 유로채널홀(120a, 120b)은 상기 유로채널부(110)의 말단에 연결되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 단위 복합셀(800)은 둘 이상이 대응하여 적층될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 이온교환막은 단위 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)과 각각 대응 위치하여 형성되는 8 개의 관통홀(220a~220h)을 포함할 수 있으며, 각 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)과 각 이온교환막의 관통홀(220a~220h)이 각각 대응 연통하여 유로관이 형성되는 구조를 가질 수 있다.
상기 단위 복합셀(800)의 양측부에 양전극(300) 및 음전극(400)이 더 적층되며,
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 전극은 단위 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)과 각각 대응 위치하여 형성되는 8 개의 관통홀(220a~220h)을 포함할 수 있으며, 각 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)과 각 전극의 관통홀(220a~220h)이 각각 대응 연통하여 유로관이 형성되는 구조를 가질 수 있다.
상기 단위 복합셀(800)의 양측부에 제1 하우징(500) 및 제2 하우징(600)이 더 적층되며,
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 하우징은 단위 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)과 각각 대응 위치하여 형성되는 8 개의 관통홀(220a~220h)을 포함할 수 있으며, 각 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)과 각 하우징의 관통홀(220a~220h)이 각각 대응 연통하여 유로관이 형성되는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 이온교환막(200)은 양이온교환막, 음이온교환막 및 바이폴라막 중에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 유로채널부(110)는 내부가 망 상태로 형성된 유로채널을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 유로채널부는 유로를 구획하는 하나 또는 둘 이상의 랜드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 전기 투석 시스템은 제1 내지 제4 유입수가 유입되어 제1 내지 제4 처리수로 유출되도록 하는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 유입수 및 상기 제2 유입수는 이온이 제거되거나 이온을 제공하는 유입수일 수 있고, 상기 제1 처리수 및 상기 제2 처리수는 상기 제1 유입수 및 상기 제2 유입수로부터 이온이 제거된 탈염수일 수 있으며, 상기 제3 유입수 및 상기 제4 유입수는 용매를 제공하는 유입수일 수 있고, 상기 제3 처리수 및 상기 제4 처리수는 상기 제1 유입수 및 상기 제2 유입수로부터 분리된 이온과 상기 용매를 포함하는 농축수일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 유입수는 상기 제1 격막(100a)의 제1 유로채널홀(120a), 상기 제2 격막(100b)의 제6 유로홀(130f), 상기 제3 격막(100c)의 제4 유로홀(130d) 또는 상기 제4격막(100d)의 제3 유로홀(130c)로부터 유입된 후, 상기 제1 격막(100a)의 유로채널부를 경유할 수 일 수 있으며, 상기 제2 유입수는 상기 제1 격막(100a)의 제1 유로홀(130a), 상기 제2 격막(100b)의 제5 유로홀(130e), 상기 제3 격막(100c)의 제2 유로채널홀(120b) 또는 상기 제4격막(100d)의 제2 유로홀(130b)로부터 유입된 후, 상기 제3 격막(100c)의 유로채널부를 경유할 수 일 수 있으며, 상기 제3 유입수는 상기 제1 격막(100a)의 제2 유로홀(130b), 상기 제2 격막(100b)의 제2 유로채널홀(120b), 상기 제3 격막(100c)의 제5 유로홀(130e) 또는 상기 제4격막(100d)의 제1 유로홀(130a)로부터 유입된 후, 상기 제2 격막(100b)의 유로채널부를 경유할 수 일 수 있으며, 상기 제4 유입수는 상기 제1 격막(100a)의 제3 유로홀(130c), 상기 제2 격막(100b)의 제4 유로홀(130d), 상기 제3 격막(100c)의 제6 유로홀(130f) 또는 상기 제4격막(100d)의 제1 유로채널홀(120a)로부터 유입된 후, 상기 제4격막(100d)의 유로채널부를 경유할 수 일 수 있으며, 상기 제1 처리수는 상기 제1 격막(100a)의 유로채널부를 경유한 후, 상기 제1 격막(100a)의 제2 유로채널홀(120b), 상기 제2 격막(100b)의 제2 유로홀(130b), 상기 제3 격막(100c)의 제1 유로홀(130a) 또는 상기 제4격막(100d)의 제5 유로홀(130e)로부터 유출될 수 일 수 있으며, 상기 제2 처리수는 상기 제3 격막(100c)의 유로채널부를 경유한 후, 상기 제1 격막(100a)의 제4 유로홀(130d), 상기 제2 격막(100b)의 제3 유로홀(130c), 상기 제3 격막(100c)의 제1 유로채널홀(120a) 또는 상기 제4격막(100d)의 제6 유로홀(130f)로부터 유출될 수 일 수 있으며, 상기 제3 처리수는 상기 제2 격막(100b)의 유로채널부를 경유한 후, 상기 제1 격막(100a)의 제6 유로홀(130f), 상기 제2 격막(100b)의 제1 유로채널홀(120a), 상기 제3 격막(100c)의 제3 유로홀(130c) 또는 상기 제4격막(100d)의 제4 유로홀(130d)로부터 유출될 수 일 수 있으며, 상기 제4 처리수는 상기 제4 격막(100d)의 유로채널부를 경유한 후, 상기 제1 격막(100a)의 제5 유로홀(130e), 상기 제2 격막(100b)의 제1 유로홀(130a), 상기 제3 격막(100c)의 제2 유로홀(130b) 또는 상기 제4격막(100d)의 제2 유로채널홀(120b)로부터 유출될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 전기 투석 시스템을 이용한 용액 내의 이온 분리 방법은 복합셀 측단부의 유로관으로 유입수를 유입시켜 복합셀 측단부의 다른 유로관으로 처리수를 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 전기 투석 시스템을 이용한 이온수의 제조 방법은 복합셀 측단부의 유로관으로 유입수를 유입시켜 복합셀 측단부의 다른 유로관으로 처리수를 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전해 시스템은 탈염의 대상이 되는 유입수로 두 종류의 유입수를 유입시켜 탈염수 및 농축수를 포함하는 두 종류 처리수를 생성할 수 있는, 즉, 4 개의 유입수를 유입시켜 4 개의 처리수로 처리할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 전해 시스템은 동일 규격을 가지는 한 종류의 격막이 사용됨에도 4 개의 유입수를 유입시켜 4 개의 처리수로 처리할 수 있고, 따라서 대규모 시설의 적용이 유리하며, 유지 및 보수 비용이 현저히 감소되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 전해 시스템은 탈염의 대상이 되는 유입수로 두 종류의 유입수를 유입시켜 탈염수 및 농축수를 포함하는 두 종류 처리수를 생성할 수 있음에 따라, 특정 양이온 및 음이온을 선택적으로 포함하는 이온수의 제조를 이온 분리 과정에서 바로 수행되도록 하는 효과가 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명에 따른 전해 시스템의 제1 내지 제4 격막을 나타낸 개념도로, 각 격막의 배치 방향에 따른 구성 차이를 개념화하여 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전해 시스템의 격막을 구체적인 일 실시예로서 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 전해 시스템의 격막 및 이온교환막을 포함하는 복합셀을 나타낸 조립 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전해 시스템에서 제1 내지 제4 유입수 및 제1 내지 제4 처리수의 흐름 경로를 나타낸 조립 사시도이다.
도 7은 격막 및 이온교환막을 포함하는 복합셀을 일 단위로 하여, 상기 단위를 둘 이상 포함하는 복합셀 모듈을 포함하는 본 발명의 일 예에 따른 전해 시스템을 나타낸 조립 사시도이며, 또한 본 발명에 따른 전해 시스템에서 제1 내지 제4 유입수 및 제1 내지 제4 처리수의 흐름 경로를 나타낸 조립 사시도이다.
도 8은 전극 및 하우징을 포함하는 본 발명의 일 예에 따른 전해 시스템을 나타낸 조립 사시도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전기 투석 시스템을 상세히 설명한다.
본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별 다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.
본 발명에 따른 전기 투석 시스템은 단위 격막(100)과 이온교환막(200)이 복수 회 서로 교번 적층되는 단위 복합셀(800)을 포함하는 것으로, 상기 단위 격막(100)은 중앙부에 관통 형성되는 유로채널부(110); 상기 유로채널부(110)의 단부에 연장 관통 형성되는 2 개의 유로채널홀(120a, 120b); 및 외곽에 형성되는 복수 개의 유로홀(130a~130f);을 포함하며, 상기 단위 격막(100)은 중심점(CP) 또는 중심선(CLx, CLy)을 기준으로 회전 또는 반전되어 교번 적층되되, 상기 유로채널홀(120a, 120b) 및 유로홀(130a~130f)은 인접하는 다른 단위 격막(100)의 유로채널홀(120a, 120b) 및 유로홀(130a~130f)에서 선택되는 홀과 각각 대응 연통하여 유로관을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 단위 복합셀(800)은 하나가 사용될 수도 있고, 둘 이상이 대응하여 적층될 수 있으며, 이는 운용 규모에 따라 적절히 조절할 수 있는 부분이므로 제한되지 않는다.
상기 유로채널홀(120a, 120b)은 유로채널부(110)의 단부에 연장 관통 형성된 것으로, 그 위치는 크게 제한되는 것은 아니나 유로채널부(110)의 말단에 연장하여 관통 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 ‘유로채널홀’은 설명을 돕기 위해 정의한 것으로, 실제로는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 가상의 홀로서 일 측부가 개방된 것일 수 있다. 이 유로채널홀은 일 측부가 개방된 부분이 유로채널부와 연통된 구조를 가질 수 있다. 이때 도 1에서 점선은 유로채널홀(1, 2) 및 유로채널부(110)를 구분하기 위한 가상의 선이다.
상기 유로홀은 복수 개이며, 6 개의 유로홀(130a~130f);을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 일 예로, 상기 유로채널홀(120a, 120b)은 제1 유로채널홀(120a) 및 제2 유로채널홀(120b)로 구성될 수 있으며, 상기 유로홀(130a~130f)은 제1 내지 제6 유로홀(130a~130f)로 구성될 수 있다. 이때 유로채널홀(120a, 120b)은 유로채널홀간 서로 이격하여 형성될 수 있고, 유로홀(130a~130f)은 유로홀간 서로 이격하여 형성될 수 있으며 유로채널홀(120a, 120b)과 이격하여 형성될 수 있다.
본 명세서에서 ‘이격’은 유체가 직접 흐르지 못하도록 서로 연결되어 있지 않고 떨어진 것을 의미한다.
본 발명에 따른 전기 투석 시스템은, 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 복수 개의 동일한 단위 격막(100a~100d)이 서로 방향을 달리하여 배치 및 적층될 수 있다. 이때 각 단위 격막은 서로 배치 방향이 다른 차이를 가지나, 모두 실질적으로 동일한 격막인 것이 본 발명에 따른 전기 투석 시스템에서의 중요 기술적 특징 중 하나이다.
즉, 본 발명에 따른 단위 격막은 복수 개의 단위 격막이 단위 복합셀(800)의 어느 측 방향으로 위치하여 적층되어도, 각 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)을 포함하는 홀들과 대응하여 유로관을 형성함에 따라, 동일한 단위 격막을 사용하여도 서로 다른 위치의 총 8 개의 유로관이 형성될 수 있다. 이때 각 유로관은 적어도 단위 복합셀 내에서 다른 유로관과 접하지 않는 구조를 가지는 특징이 있다.
따라서 하나의 단위 격막으로도 최대 4 개의 구조가 다른 역할을 하는 격막으로 사용이 가능한 것은 물론, 하나의 전기 투석 시스템으로 4 개의 유입수를 유입시켜 4 개의 처리수로 처리할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 유로채널홀(120a, 120b) 및 유로홀(130a~130f)은 상기 중심점(CP) 및 중심선(CLx, CLy)에 대하여 대칭을 이루는 것이 바람직할 수 있다. 이를 만족할 경우, 모두 실질적으로 동일한 격막을 사용하여 전술한 효과의 구현이 보다 용이하고 우수할 수 있다.
보다 구체적으로, 일 단위 격막의 유로채널홀은 인접하는 다른 단위 격막의 유로홀과 대응 연통하여 유로관을 형성할 수 있고, 상기 일 단위 격막의 유로채널홀은 인접하는 다른 단위 격막의 유로홀 및 유로채널홀과 대응 연통하여 유로관을 형성할 수 있다. 즉, 단위 격막(100) 다수가 정렬되어 적층되었을 때, 각 격막들(100a, 100b, 100c. 100d)은 일 격막을 기준으로 회전, 반전(뒤집음) 또는 회전과 반전이 조합되어 서로 방향이 달리 배치됨에 따라, 단위 복합셀(800) 내에서 일 격막의 2 개의 유로채널홀(120a, a; 120b, b;)은 다른 격막의 유로채널홀과 서로 겹치지 않는다. ‘다른 격막’ 또는 ‘다른 단위 격막’은 기준이 되는 격막과 다른 방향으로 적층된 격막을 의미하는 것으로, 4 개의 구조 중 기준이 되는 격막과 다른 역할을 하는 격막을 의미할 수 있다.
상기 ‘회전’은 격막의 중심점(CP)을 기준으로 1 회 이상 회전된 것을 의미할 수 있으며, 상세하게는 도 3에 도시된 바와 같이, 격막의 중심점(CP)을 기준으로 구분되는 상단 외곽부, 하단 외곽부, 좌단 외곽부 및 우단 외곽부를 포함하는 4 개의 단에서 선택되는 방향으로의 90도 또는 180도씩 1 회 이상 회전하는 것을 의미할 수 있다.
상기 반전은 중심선(CLx, CLy)을 기준으로 반전된 것을 의미할 수 있으며, 예를 들어 좌우 반전 또는 상하 반전을 의미할 수 있다. 구체적으로, 도 3을 들어 설명하면, 가로 중심선(CLx)을 축 회전하여 반전된 것을 상하 반전이라 할 수 있으며, 세로 중심선(CLy)을 축 회전하여 반전된 것을 상하 반전이라 할 수 있다.
본 명세서 및 도면에서 언급되는 ‘중심점’(CP) 및 ‘중심선’(CLx, CLy) 본 발명의 특징을 보다 잘 설명하기 위한 가상의 점 또는 선이므로, 실제 제품에서 상기 점 또는 선이 존재할 필요는 없다. 다만 격막 제조를 위한 설계 과정에서 상기 중심점 또는 중심선이 고려되어질 수 있다.
본 명세서에서 ‘동일한 단위 격막’이라 함은 회전 또는 반전을 통해 각 격막의 배치 방향을 달리하여도 유로채널홀(120a, 120b) 및 유로홀(130a~130f)을 포함하는 일 격막의 홀들이 인접하는 다른 격막의 홀(유로채널홀, 유로홀)들과 서로 대응 연통하여 유로관을 형성할 수 있도록 하는 실질적 구조가 동일한 단위 격막을 의미한다. 구체적으로, 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 총 8 개의 유로관이 형성되도록 각 격막들의 배치 방향을 달리하여 적층하였을 때 각 홀들이 서로 대응 연통되는 구조가 동일한 것을 의미한다. 비제한적인 일 예로, 각 홀들의 대응 구조 및 형성되는 유로관의 구조에 영향을 실질적으로 미치지 않는, 예컨대 각 격막의 테두리부, 각 격막의 유로채널부 등은 그 형태 및 구조가 서로 다르더라도 회전 또는 반전을 통해 각 격막의 배치 방향을 달리하여 홀들이 서로 대응 연통하여 유로관을 형성할 수 있으므로, 이러한 부분의 차이는 상기 실질적 구조에 적용되지 아니한다.
본 발명에서, 상기 단위 격막은 적어도 둘 이상의 격막을 포함하고, 구체적으로 4 개의 격막을 포함할 수 있으며, 예를 들어 제1 격막(100a), 제2 격막(100b), 제3 격막(100c) 및 제4 격막(100d)을 포함할 수 있다. 이때 각 격막들 사이에 이온교환막이 각각 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 단위 격막(100)은 그 형태에 제한을 두지 않고, 일 예로 정사각형, 직사각형, 마름모 등을 들 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 단위 격막이 직사각형일 수 있음에 따라 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 격막(100a)을 기준으로 하였을 때, 상하 반전 이동에 의한 제2 격막(100b), 180도 회전에 의한 제3 격막(100c), 좌우 반전 이동에 의한 제4 격막(100d)으로서 예시될 수 있다. 다른 일 예로, 단위 격막(100)이 정사각형일 경우, 90도 회전만으로(각 격막이 90도씩 회전된 경우로서) 제1 내지 제4 격막(100a~100d)의 구성이 가능하다. 이러한 구조를 통해, 단위 복합셀(800) 내에서 일 격막의 2 개의 유로채널홀(120a, 120b)은 다른 격막의 유로채널홀과 서로 겹치지 않는다.
하나의 단위 격막으로도 최대 4 개의 구조가 다른 역할을 하는 격막으로 사용이 가능한 효과를 보다 효율적으로 구현하기 위한 수단으로, 각 유로채널홀 및 유로홀은 다음과 같은 격막의 위치에 형성될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 꼭 제한되어 해석될 필요는 없다.
상기 단위 격막(100)은 중앙부;와 상기 중앙부의 테두리를 감싸는 외곽부;를 포함할 수 있다. 또한 상기 외곽부는 격막의 중심점(CP)을 기준으로 상단 외곽부, 하단 외곽부, 좌단 외곽부 및 우단 외곽부를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 외곽부는 격막의 중심점(CP)을 기준으로 상단의 좌측 외곽부, 상단의 우측 외곽부, 하단의 좌측 외곽부, 하단의 우측 외곽부, 좌단의 상측 외곽부, 우단의 상측 외곽부, 우단의 상측 외곽부 및 우단의 하측 외곽부를 포함할 수 있다.
이때 상기 제1 유로채널홀(120a, 1)은 좌단 외곽부에 형성될 수 있고, 상기 제2 유로채널홀(120b, 2)은 상기 하단 외곽부에 형성될 수 있다. 또한 상기 제1 및 제2 유로홀(130a, a; 130b, b;)은 상단 외곽부에 형성될 수 있고, 상기 제3 및 제4 유로홀(130c, c; 130d, d;)은 상기 우단 외곽부에 형성될 수 있다. 아울러 상기 제5 유로홀(130e, e)은 상기 하단 외곽부에 형성될 수 있고, 상기 제6 유로홀(130f, f)은 상기 좌단 외곽부에 형성될 수 있다.
이때 상기 제1 유로홀(130a, a)은 상기 제2 유로홀(130b, b)의 좌측에 형성될 수 있으며, 상기 제3 유로홀(130c, c)은 상기 제4 유로홀(130d, d)의 상측에 형성될 수 있다. 또한 상기 제5 유로홀(130e, e)은 상기 제2 유로채널홀(120b, 2)의 좌측에 형성될 수 있고, 상기 제6 유로홀(130f, f)은 상기 제1 유로채널홀(120a, 1)의 하측에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 유로채널홀(120a, 1)은 좌단의 상측 외곽부에 형성될 수 있고, 상기 제2 유로채널홀(120b, 2)은 하단의 우측 외곽부에 형성될 수 있다. 아울러 상기 제1 및 제2 유로홀(130a, a; 130b, b;)은 각각 상단의 좌측 외곽부 및 상단의 우측 외곽부에 형성될 수 있고, 상기 제3 및 제4 유로홀(130d, d)은 각각 우단의 상측 외곽부 및 우단의 하측 외곽부에 형성될 수 있다. 그리고 상기 제5 유로홀(130e, e)은 하단의 좌측 외곽부에 형성될 수 있고, 상기 제6 유로홀(130f, f)은 좌단의 하측 외곽부에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단위 격막은 도 2에 도시된 단위 격막(100)의 유로채널홀 및 유로홀의 위치 및 형태의 구조를 가질 수 있다. 이때 전술한 효과를 달성할 수 있는 범위에서 각 구성요소들간 이격거리, 각 구성요소들의 크기에는 제한을 두지 않는다.
하나의 단위 격막으로도 최대 4 개의 구조가 다른 역할을 하는 격막으로 사용이 가능한 효과를 보다 효율적으로 구현하기 위한 수단으로, 각 유로채널홀 및 유로홀의 대응 관계는 다음과 같을 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 꼭 제한되어 해석될 필요는 없다.
본 발명의 일 예에 따른 전기 투석 시스템은, 상기 제1 격막(100a)의 제1 유로채널홀(120a), 상기 제2 격막(100b)의 제6 유로홀(130f), 상기 제3 격막(100c)의 제4 유로홀(130d) 및 상기 제4 격막(100d)의 제3 유로홀(130c)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제1 격막(100a)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제2 유로채널홀(120b), 상기 제2 격막(100b)의 제2 유로홀(130b), 상기 제3 격막(100c)의 제1 유로홀(130a) 및 상기 제4 격막(100d)의 제5 유로홀(130e)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제1 격막(100a)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제1 유로홀(130a), 상기 제2 격막(100b)의 제5 유로홀(130e), 상기 제3 격막(100c)의 제2 유로채널홀(120b) 및 상기 제4 격막(100d)의 제2 유로홀(130b)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제3 격막(100c)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제2 유로홀(130b), 상기 제2 격막(100b)의 제2 유로채널홀(120b), 상기 제3 격막(100c)의 제5 유로홀(130e) 및 상기 제4 격막(100d)의 제1 유로홀(130a)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제2 격막(100b)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제3 유로홀(130c), 상기 제2 격막(100b)의 제4 유로홀(130d), 상기 제3 격막(100c)의 제6 유로홀(130f) 및 상기 제4 격막(100d)의 제1 유로채널홀(120a)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제4 격막(100d)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제4 유로홀(130d), 상기 제2 격막(100b)의 제3 유로홀(130c), 상기 제3 격막(100c)의 제1 유로채널홀(120a) 및 상기 제4 격막(100d)의 제6 유로홀(130f)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제3 격막(100c)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제5 유로홀(130e), 상기 제2 격막(100b)의 제1 유로홀(130a), 상기 제3 격막(100c)의 제2 유로홀(130b) 및 상기 제4 격막(100d)의 제2 유로채널홀(120b)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제4 격막(100d)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있으며, 상기 제1 격막(100a)의 제6 유로홀(130f), 상기 제2 격막(100b)의 제1 유로채널홀(120a), 상기 제3 격막(100c)의 제3 유로홀(130c) 및 상기 제4 격막(100d)의 제4 유로홀(130d)은 서로 연통될 수 있고, 상기 제2 격막(100b)의 유로채널부(110)로 연통될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 격막(100a)의 제1 유로채널홀(120a, 1), 상기 제2 격막(100b)의 제6 유로홀(130f, f), 상기 제3 격막(100c)의 제4 유로홀(130d, d) 및 상기 제4 격막(100d)의 제3 유로홀(130c, c)이 서로 연통됨에 따라, 단위 복합셀(800)의 적층된 방향, 즉, 격막의 면 방향의 시점에서 보았을 때, 제1 격막(100a)의 제1 유로채널홀(120a, 1), 제2 격막(100b)의 제6 유로홀(130f, f), 제3 격막(100c)의 제4 유로홀(130d, d) 및 제4 격막(100d)의 제3 유로홀(130c, c)이 복합셀을 관통하는 유로관을 형성할 수 있다. 동일한 원리로, 제1 격막(100a)의 제2 유로채널홀(120b, 2), 제2 격막(100b)의 제2 유로홀(130b, b), 제3 격막(100c)의 제1 유로홀(130a, a) 및 제4 격막(100d)의 제5 유로홀(130e, e)이 복합셀을 관통하는 유로관을 형성할 수 있다. 동일한 원리로, 제1 격막(100a)의 제1 유로홀(130a, a), 제2 격막(100b)의 제5 유로홀(130e, e), 제3 격막(100c)의 제2 유로채널홀(120b, 2) 및 제4 격막(100d)의 제2 유로홀(130b, b)이 복합셀을 관통하는 유로관을 형성할 수 있다. 동일한 원리로, 제1 격막(100a)의 제2 유로홀(130b, b), 제2 격막(100b)의 제2 유로채널홀(120b, 2), 제3 격막(100c)의 제5 유로홀(130e, e) 및 제4 격막(100d)의 제1 유로홀(130a, a)이 복합셀을 관통하는 유로관을 형성할 수 있다. 동일한 원리로, 제1 격막(100a)의 제3 유로홀(130c, c), 제2 격막(100b)의 제4 유로홀(130d, d), 제3 격막(100c)의 제6 유로홀(130f, f) 및 제4 격막(100d)의 제1 유로채널홀(120a, 1)이 복합셀을 관통하는 유로관을 형성할 수 있다. 동일한 원리로, 제1 격막(100a)의 제4 유로홀(130d, d), 제2 격막(100b)의 제3 유로홀(130c, c), 제3 격막(100c)의 제1 유로채널홀(120a, 1) 및 제4 격막(100d)의 제6 유로홀(130f, f)이 복합셀을 관통하는 유로관을 형성할 수 있다. 동일한 원리로, 제1 격막(100a)의 제5 유로홀(130e, e), 제2 격막(100b)의 제1 유로홀(130a, a), 제3 격막(100c)의 제2 유로홀(130b, b) 및 제4 격막(100d)의 제2 유로채널홀(120b, 2)이 복합셀을 관통하는 유로관을 형성할 수 있다. 동일한 원리로, 제1 격막(100a)의 제6 유로홀(130f, f), 제2 격막(100b)의 제1 유로채널홀(120a, 1), 제3 격막(100c)의 제3 유로홀(130c, c) 및 제4 격막(100d)의 제4 유로홀(130d, d)이 복합셀을 관통하는 유로관을 형성할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전기 투석 시스템은 동일한 단위 격막(100)이 사용되어 유체 흐름을 8 개의 유로관으로서 효과적으로 구분하여 유도할 수 있음에 따라, 종래 발명에서와 같이 각각 별도의 구조를 가지는 격막들(100a~100d)이 각각 사용될 필요가 없는 장점이 있다. 뿐만 아니라 그럼에도 탈염의 대상이 되는 유입수로 두 종류의 유입수를 유입시켜 탈염수 및 농축수를 포함하는 두 종류 처리수를 생성할 수 있는 효과, 즉, 4 개의 유입수를 통해 4 개의 처리수로 운용할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 전기 투석 시스템은 특정 양이온 및 음이온을 선택적으로 포함하는 이온수의 제조를 이온 분리 과정에서 바로 수행되도록 하는 효과가 있다. 구체적으로, 종래 발명에서는 탈염의 대상이 되는 유입수로 한 종류의 유입수 밖에 처리할 수 없는 한계가 있어, 그 효율이 현저히 떨어지고, 유입수의 탈염 용도로 밖에 국한되어 사용될 수밖에 없었다. 그러나 본 발명에 따른 전기 투석 시스템은 제1 양이온 및 제1 음이온을 포함하는 제1 유입수와 제2 양이온 및 제2 음이온을 포함하는 제2 유입수로부터, 제1 양이온 및 제2 음이온을 포함하는 제1 이온수 또는 제2 양이온 및 제1 음이온을 포함하는 제2 이온수를 탈염(이온 분리) 과정에서 바로 제조하는 효과가 있다. 또한 본 발명에 따른 전기 투석 시스템은 상기 제1 및 제2 이온수에 포함되는 용매가 제3 및 제4 유입수임에 따라, 제1 내지 제4 유입수의 종류를 달리하여 요구되는 이온수의 이온과 용매를 선택하여 목적에 맞는 이온수(처리수)를 제조할 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명에 따른 전기 투석 시스템은 특정 이온을 제거하기 위한 용도는 물론, 이온 분리 과정에서 특정 이온 및 특정 용매를 포함하는 처리수의 제조를 위한 용도로도 사용이 가능한 현저한 효과가 있다.
특히 전술한 4 개의 유입수의 처리 및 이온 분리 과정에서 특정 이온수의 제조 효과들은 본 발명에 따른 전기 투석 시스템에 사용되는 격막들이 동일 단위 격막임에 따라 배치 방향이 달리하여 적용되는 구성을 통해 구현된다는 점에서, 대규모 시설의 적용이 유리하고, 유지 및 보수 비용이 현저히 감소되는 측면에서 매우 현저한 효과라 할 수 있다.
상기 이온교환막(200)은 각 격막들 사이에 위치하며, 용매는 투과시키지 않으면서 양이온 또는 음이온을 선택적으로 투과시키는 분리막이다. 따라서 일 격막(100)의 유로채널부(110)로 흐르는 용매는 종류가 다른(방향이 다른) 격막(100)의 유로채널부(110)로 흐르지 못하며, 양이온 또는 음이온만이 선택적으로 이온교환막(200)을 투과하여 다른 유로채널부(110)로 이동함에 따라, 서로 다른 경로인 4 개의 경로로 각 처리수로서 유출된다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 이온교환막은 단위 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)과 각각 대응 위치하여 형성되는 8 개의 관통홀(220a~220h)을 포함할 수 있다. 상기 이온교환막의 관통홀(220a~220h)은 각 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)을 포함하는 홀과 서로 대응 연통하여 유로관이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 단위 복합셀(800)의 양측부에 양전극(300) 및 음전극(400)이 더 적층될 수 있다. 구체적으로, 상기 전극은 단위 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)과 각각 대응 위치하여 형성되는 8 개의 관통홀(220a~220h)을 포함할 수 있다. 상기 전극의 관통홀(220a~220h)은 각 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)을 포함하는 홀과 서로 대응 연통하여 유로관이 형성될 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 제1 전극(300)이 양전극일 경우 제2 전극(400)은 음전극이 되며, 제2 전극(400)이 음전극일 경우 제1 전극(300)은 양전극이 된다. 단위 격막(100), 이온교환막(200) 및 전극(300, 400)의 배치는 기 공지된 기술이므로, 이와 관련된 문헌을 참고하여도 무방하다. 각 전극은 전도성 물질이면 무방하며, 통상적으로 구리 전극이 사용된다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 단위 복합셀(800)의 양측부에 제1 하우징(500) 및 제2 하우징(600)이이 더 적층될 수 있다. 구체적으로, 상기 하우징은 단위 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)과 각각 대응 위치하여 형성되는 8 개의 관통홀(220a~220h)을 포함할 수 있다. 상기 하우징의 관통홀(220a~220h)은 각 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)을 포함하는 홀과 서로 대응 연통하여 유로관이 형성될 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 하우징은 단위 격막(100), 이온교환막(200), 전극(300, 400) 등의 각 구성요소들이 적층 형태를 유지할 수 있도록, 물리적으로 더 견고하게 고정하는 역할을 한다. 하우징(500, 600)은 각 구성요소들을 고정할 수 있는 재질이라면 무방하며, 예컨대, 고분자 수지, 금속, 목재 등 다양한 재질이 사용 가능하다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
이러한 유로관을 통해 각각의 유입수가 유입되고 유로채널부(110)를 통해 다른 유로관을 통해 처리수로 유출될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 전기 투석 시스템에서, 각각의 유입수가 유입되어 각각의 처리수로 유출되는 경로 및 원리를 설명한다.
본 발명의 일 예에 따른 전기 투석 시스템은, 제1 내지 제4 유입수가 유입되어 제1 내지 제4 처리수로 유출되도록 하는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 유입수 및 상기 제2 유입수는 이온이 제거되거나 이온을 제공하는 유입수일 수 있고, 상기 제1 처리수 및 상기 제2 처리수는 상기 제1 유입수 및 상기 제2 유입수로부터 이온이 제거된 탈염수일 수 있다. 또한 상기 제3 유입수 및 상기 제4 유입수는 용매를 제공하는 유입수일 수 있고, 상기 제3 처리수 및 상기 제4 처리수는 상기 제1 유입수 및 상기 제2 유입수로부터 분리된 이온과 상기 용매를 포함하는 농축수일 수 있다.
본 발명에서 언급되는 ‘유입수’는 탈염을 위한 대상이 되는 것 또는 상기 탈염을 위한 대상으로부터 분리되는 양이온 및/또는 음이온을 운반하는 용매를 의미할 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 유입수는 탈염을 위한 대상이 되는 것을 의미할 수 있으며, 제3 및 제4 유입수는 상기 탈염을 위한 대상으로부터 분리되는 양이온 및/또는 음이온을 운반하는 용매를 의미할 수 있다.
구체적인 일 예로, 제1 및 제2 유입수는 이온 제거 대상이 되는 용액 또는 이온을 타 용매에 제공하기 위한 것이라면 무방하며, 예컨대 서로 독립적으로 폐수, 해수 등을 들 수 있다. 제3 및 제4 유입수는 상기 제1 및 제2 유입수로부터 분리된 이온을 받을 수 있는 용매라면 무방하며, 예컨대 순수 등을 들 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
또한 본 발명에서 언급되는 ‘처리수’는 상기 탈염을 위한 대상이 되는 유입수로부터 이온이 제거된 탈염수 또는 상기 탈염을 위한 대상으로부터 분리된 양이온 및/또는 음이온과 상기 용매를 포함하는 이온수를 의미할 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 처리수는 상기 탈염을 위한 대상이 되는 유입수로부터 이온이 제거된 탈염수를 의미할 수 있으며, 상기 제3 및 제4 처리수는 상기 탈염을 위한 대상으로부터 분리된 양이온 및/또는 음이온과 상기 용매를 포함하는 이온수를 의미할 수 있다. 따라서 상기 제1 및 제2 유입수로부터 각각 이온이 제거된 제1 및 제2 처리수(탈염수)를 수득할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 유입수로부터 각각 이온을 제공 받은 제3 및 제4 처리수(농축수)를 수득할 수 있다. 이때 제1 양이온 및 제1 음이온을 포함하는 제1 유입수와 제2 양이온 및 제2 음이온을 포함하는 제2 유입수로부터, 제1 양이온 및 제2 음이온을 포함하는 제3 처리수 및 제2 양이온 및 제1 음이온을 포함하는 제4 처리수(이온수)를, 유입수의 이온 분리 과정에서 제1 및 제2 처리수(탈염수)와 함께 수득할 수 있음에 따라, 특정 이온을 분리할 수 있는 효과와, 요구 목적에 맞는 각 유입수의 특정 이온을 포함하는 이온수를 제조할 수 있는 효과가 있다.
즉, 상기 전기 투석 시스템은, 복합셀 측단부의 유로관으로 유입수를 유입시켜 복합셀 측단부의 다른 유로관으로 처리수를 배출하는 단계를 포함하는 전기 투석 시스템을 이용한 이온수의 제조 방법을 제공할 수 있거나, 또는 특정 이온을 분리하는 방법을 제공할 수 있다.
유입수 및 처리수의 경로를 설명하면, 상기 제1 유입수는 상기 제1 격막(100a)의 제1 유로채널홀(120a, 1), 상기 제2 격막(100b)의 제6 유로홀(130f, f), 상기 제3 격막(100c)의 제4 유로홀(130d, d) 또는 상기 제4 격막(100d)의 제3 유로홀(130c, c)로부터 유입된 후, 상기 제1 격막(100a)의 유로채널부를 경유할 수 있다. 이는 도 6 및 도 7에 도시된 ①의 경로로서 설명될 수 있다.
상기 제2 유입수는 상기 제1 격막(100a)의 제1 유로홀(130a, a), 상기 제2 격막(100b)의 제5 유로홀(130e, e), 상기 제3 격막(100c)의 제2 유로채널홀(120b, 2) 또는 상기 제4 격막(100d)의 제2 유로홀(130b, b)로부터 유입된 후, 상기 제3 격막(100c)의 유로채널부를 경유할 수 있다. 이는 도 6 및 도 7에 도시된 ②의 경로로서 설명될 수 있다.
상기 제3 유입수는 상기 제1 격막(100a)의 제2 유로홀(130b, b), 상기 제2 격막(100b)의 제2 유로채널홀(120b, 2), 상기 제3 격막(100c)의 제5 유로홀(130e, e) 또는 상기 제4 격막(100d)의 제1 유로홀(130a, a)로부터 유입된 후, 상기 제2 격막(100b)의 유로채널부를 경유할 수 있다. 이는 도 6 및 도 7에 도시된 ③의 경로로서 설명될 수 있다.
상기 제4 유입수는 상기 제1 격막(100a)의 제3 유로홀(130c, c), 상기 제2 격막(100b)의 제4 유로홀(130d, d), 상기 제3 격막(100c)의 제6 유로홀(130f, f) 또는 상기 제4 격막(100d)의 제1 유로채널홀(120a, 1)로부터 유입된 후, 상기 제4 격막(100d)의 유로채널부를 경유할 수 있다. 이는 도 6 및 도 7에 도시된 ④의 경로로서 설명될 수 있다.
상기 제1 처리수는 상기 제1 격막(100a)의 유로채널부를 경유한 후, 상기 제1 격막(100a)의 제2 유로채널홀(120b, 2), 상기 제2 격막(100b)의 제2 유로홀(130b, b), 상기 제3 격막(100c)의 제1 유로홀(130a, a) 또는 상기 제4 격막(100d)의 제5 유로홀(130e, e)로부터 유출될 수 있다. 이는 도 6 및 도 7에 도시된 ⑤의 경로로서 설명될 수 있다. 비제한적인 일 예에 있어서, 상기 제1 처리수는 유출되는 그대로 수득되어 사용될 수 있으며, 처리 규모가 작을 경우, 경우에 따라 제1 처리수는 제1 유입수로 재순환될 수 있다. 따라서 순환 횟수가 증가함에 따라 제1 처리수의 이온 농도는 감소될 수 있다.
상기 제2 처리수는 상기 제3 격막(100c)의 유로채널부를 경유한 후, 상기 제1 격막(100a)의 제4 유로홀(130d, d), 상기 제2 격막(100b)의 제3 유로홀(130c, c), 상기 제3 격막(100c)의 제1 유로채널홀(120a, 1) 또는 상기 제4 격막(100d)의 제6 유로홀(130f, f)로부터 유출될 수 있다. 이는 도 6 및 도 7에 도시된 ⑥의 경로로서 설명될 수 있다. 비제한적인 일 예에 있어서, 상기 제2 처리수는 유출되는 그대로 수득되어 사용될 수 있으며, 처리 규모가 작을 경우, 경우에 따라 제2 처리수는 제2 유입수로 재순환될 수 있다. 따라서 순환 횟수가 증가함에 따라 제2 처리수의 이온 농도는 감소될 수 있다.
상기 제3 처리수는 상기 제2 격막(100b)의 유로채널부를 경유한 후, 상기 제1 격막(100a)의 제6 유로홀(130f, f), 상기 제2 격막(100b)의 제1 유로채널홀(120a, 1), 상기 제3 격막(100c)의 제3 유로홀(130c, c) 또는 상기 제4 격막(100d)의 제4 유로홀(130d, d)로부터 유출될 수 있다. 이는 도 6 및 도 7에 도시된 ⑦의 경로로서 설명될 수 있다. 비제한적인 일 예에 있어서, 상기 제3 처리수는 유출되는 그대로 수득되어 사용될 수 있으며, 처리 규모가 작을 경우, 경우에 따라 제3 처리수는 제3 유입수로 재순환될 수 있다. 따라서 순환 횟수가 증가함에 따라 제3 처리수의 이온 농도는 증가될 수 있다.
상기 제4 처리수는 상기 제4 격막(100d)의 유로채널부를 경유한 후, 상기 제1 격막(100a)의 제5 유로홀(130e, e), 상기 제2 격막(100b)의 제1 유로홀(130a, a), 상기 제3 격막(100c)의 제2 유로홀(130b, b) 또는 상기 제4 격막(100d)의 제2 유로채널홀(120b, 2)로부터 유출될 수 있다. 이는 도 6 및 도 7에 도시된 ⑧의 경로로서 설명될 수 있다. 비제한적인 일 예에 있어서, 상기 제4 처리수는 유출되는 그대로 수득되어 사용될 수 있으며, 처리 규모가 작을 경우, 경우에 따라 제4 처리수는 제4 유입수로 재순환될 수 있다. 따라서 순환 횟수가 증가함에 따라 제4 처리수의 이온 농도는 증가될 수 있다.
상기 단위 복합셀(800)에서 최측단에 위치한 격막(100d)의 유로채널홀(120) 또는 유로홀(130)은 폐쇄되어 있을 수도 있고, 오픈되어 반대편의 최측단에 위치한 격막(100a)의 대응되는 유로채널홀(120) 또는 유로홀(130)로 재순환되도록 연통되어 있을 수도 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 유로채널부는 유로를 구획하는 하나 또는 둘 이상의 랜드를 포함할 수 있다. 유입수의 흐름 시간을 증가시킬수록, 즉, 이온이 분리되는 시간을 증가시킬수록 탈염(이온 분리) 효율을 증대되므로, 면적당 유입수의 흐름 경로의 길이 및 속도를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서 유로채널부는 유입수의 흐름 시간이 증가되도록 랜드가 형성되어, 예컨대 S자 형태를 가져, 단위 면적당 흐름 경로의 길이가 증가되도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 랜드는 제1 유로홀(130a, a) 및 제2 유로홀(130b, b) 사이의 상단 외곽부에 형성되어 하단 외곽부 방향으로 형성된 제1 랜드(111)일 수 있거나, 제2 유로채널홀(120b, 2) 및 제5 유로홀(130e, e) 사이의 하단 외곽부에 형성되어 상단 외곽부 방향으로 형성된 제2 랜드(112)일 수 있거나, 이들 모두에 형성된 것일 수 있다. 나아가 상기 랜드는 다수가 각 홀 사이에 이격되어 형성될 수도 있다.
상기 단위 격막(100)의 유로채널부(110)는 단위 격막(100)의 내부에 유체 수용 공간 또는 유체 흐름 경로가 형성된다. 일반적으로, 단위 격막(100)은 상기 복합셀(800)의 각 층간의 간격을 유지하는 역할 및 유로채널부(110)를 통해 유입수가 흐를 수 있는 공간을 제공하는 역할을 한다. 특히 본 발명에서는 복합셀(800)의 각 층간의 간격을 유지하는 역할 및 유입수가 흐를 수 있는 공간을 제공하는 역할뿐만 아니라, 전술한 바와 같이, 2 개의 유로채널홀(120a, 120b) 및 6 개의 유로홀(130a~130f)이 단위 격막(100)의 특정 위치에 관통 형성됨으로써, 특정 이온을 제거하기 위한 용도는 물론, 이온 분리 과정에서 특정 이온 및 특정 용매를 포함하는 처리수의 제조를 위한 용도로의 역할로서 사용될 수 있는 효과를 가진다.
상기 유로채널부(110)는 그 내부가 빈 공간일 수도 있지만, 내부가 망 상태로 형성된 유로채널을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 상기 유로채널부(110)는 유로채널홀 및 유로채널을 포함할 수 있으며, 상기 유로채널은 유로채널홀을 제외한 부분으로서 내부가 망상태로 형성된 것을 의미할 수 있다. 상기 유로채널부(110)가 메쉬 형태의 망 상태로 형성된 것일 경우, 유체의 흐름을 균일하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 유입수 및 처리수의 흐름에 있어서 난류흐름을 형성시켜 오염을 저감시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 유입수의 흐름 시간을 증가시켜 탈염(이온 분리) 효율이 증대될 수 있으며, 전기 투석 시스템의 구조 안정성이 보다 향상될 수 있다. 상기 망의 격자 간격은 크게 제한되지 않으며, 예컨대 0.5 내지 2 mm일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명에 따른 단위 격막(100)의 평균두께는 적절히 조절될 수 있으며, 예컨대 0.3 내지 1 mm일 수 있으나, 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 단위 복합셀(800)은 상기 제4 격막(100d)과 인접하는 단위 복합셀의 최외곽 이온교환막(200) 상에 다른 격막(100)이 더 적층될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따른 전기 투석 시스템은, 상기 단위 복합셀(800)을 한 단위로 하여, 상기 단위 복합셀(800)이 반복 적층되는 복합셀 모듈을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 제1 내지 제4 격막(100a~100d)를 포함하는 적층체를 단위 복합셀(800)로 하여, 이를 다수 반복하여 적층된 복합셀 모듈 구조를 가짐으로써, 대용량 처리가 가능한 대규모 전기 투석 시스템을 구축할 수 있다. 상기 반복 단위 횟수는 규모에 따라 적절히 조절될 수 있으므로 제한되지 않는다.
본 명세서에서 ‘단위 격막’(100)은 액체가 실질적으로 통과하지 못하는 물질, 즉, 밀봉재로 제조된 것이라면 무방하며, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 범용수지, 엔지니어링 플라스틱 등 다양한 수지로 제조될 수 있으며, 일 실시예로 저밀도 폴리에틸렌(Low density polyethylene, LDPE)가 사용될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 명세서에서 ‘이온교환막’(200)은 양이온교환막, 음이온교환막 또는 바이폴라막을 의미할 수 있다. 이온교환막(200)은 각 격막들 사이에 배치되며, 이는 전술한 종류의 막에서 선택되어 다양한 순서의 조합을 가질 수 있다.
구체적인 일 예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 이온교환막(200a)이 양이온교환막일 경우 제2 이온교환막(200b)은 음이온교환막일 수 있고, 상기 제1 이온교환막(200a)이 음이온교환막일 경우 제2 이온교환막(200b)은 양이온 교환막일 수 있다.
상기 바이폴라막은 양이온교환막과 음이온교환막의 각 면이 접하여 합쳐진 형태의 이온교환막일 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 이온교환막은 바이폴라막일 수 있고, 구체적으로 양이온교환막 - 바이폴라막 - 음이온교환막 순서로 각 격막(100)들을 사이를 매개로 하여 형성될 수 있으며, 보다 구체적으로, 제1 격막(100a), 양이온교환막, 제2 격막(100b), 바이폴라막, 제3 격막(100c), 음이온교환막, 제4 격막(100d)의 순서로 이온교환막(200)이 형성될 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 양이온교환막과 상기 음이온교환막 사이에 위치한 바이폴라막은, 일면이 양이온교환면이고 타면이 음이온교환면이되, 바이폴라막의 음이온교환면이 상기 양이온교환막과 대향하고 바이폴라막의 양이온교환면이 상기 음이온교환막과 대향하도록 배치될 수 있다.
또한 상기 이온교환막(200)은 각 격막(100)의 유로홀들(130a~130f) 및 유로채널홀들(120a, 120b)과 각각 대응 위치하여 형성되는 관통홀(220a~220h)을 포함할 수 있다. 따라서 이온교환막(200)의 관통홀(220a~220h)이 격막(100)의 유로홀(130) 및 유로채널홀(120)과 각각 대응하여 서로 연통되어 유로관을 형성할 수 있다.
상기 양이온교환막은 양이온 및 음이온 중에서 양이온을 선택적으로 흡착 또는 투과하는 물질을 포함하여 형성된 것이라면 무방하다. 음이온교환막은 양이온 및 음이온 중에서 음이온을 선택적으로 흡착 또는 투과하는 물질을 포함하여 형성된 것이라면 무방하다. 구체적인 일 예로, 이온교환막(200)은 양이온교환기 또는 음이온교환기를 가지는 고분자 수지를 유기용매에 용해하여 제조된 고분자 용액을 막 형태로 도포하고 건조하여 제조된 것일 수 있다. 구체적인 일 예로, 양이온교환기를 가지는 고분자 수지는 예컨대 술폰산기(-SO3H), 카르복실기(-COOH), 포스포닉기(-PO3H2), 포스피닉기(-HPO2H), 아소닉기(-AsO3H2), 셀리노닉기(-SeO3H) 등의 양이온교환기를 가지는 것일 수 있다. 구체적인 일 예로, 음이온교환기를 가지는 고분자 수지는 예컨대 4급 암모늄염(-NH3), 1~3급 아민(-NH2, -NHR, -NR2), 4급 포스포니움기(-PR4), 3급 술폰니움기(-SR3) 등의 음이온 교환기를 가지는 것일 수 있다. 하지만 이는 구체적인 예로서 설명한 것일 뿐, 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이며, 공지된 문헌을 참고해도 무방하므로 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예에 따른 전기 투석 시스템은 각 전극을 연결하는 전선부 또는 부스바를 더 포함할 수 있다. 또한 경우에 따라 상기 전선부 또는 부스바와 연결되는 제어 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 제어 기판은 전류의 흐름 등을 컨트롤하는 역할을 하며, 이외에 다양한 부가적인 항목들을 컨트롤하는 역할을 할 수 있다. 상기 제어 기판은 적층체에 구비될 수 있거나, 상기 적층체와 떨어져 별도로 구비될 수 있다. 전기 투석 기술분야에서, 전극에 연결되는 제어 기판 또는 이를 포함하는 제어부의 구성, 그리고 전극(300, 400)과 제어부와의 결합 구성은 공지된 것을 참고해도 무방하다.
본 발명의 일 예에 있어서, 단위 격막(100), 이온교환막(200), 전극(300, 400) 및 하우징(500, 600) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상은 경우에 따라 관통 형성된 체결홈 또는 체결홀을 더 포함할 수 있으며, 상기 체결홈 또는 체결홀에 삽입되어 고정시키는 체결나사, 고정 지지대 등을 더 포함할 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 체결홈 또는 체결홀은 단위 격막(100), 이온교환막(200), 전극(300, 400) 및 하우징(500, 600) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 일면의 외곽부에 하나 또는 둘 이상이 관통 형성될 수 있으며, 이의 수량은 각 구성요소들의 크기에 따라 리크가 생기지 않는 범위에서 증감될 수 있다. 일 실시예로 좌측단에 3 개, 우측단에 3 개, 상단에 1 개, 하단에 1 개가 형성될 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 명세서에서 언급되는 ‘격막’, ‘이온교환막’, ‘전극’ 및 ‘하우징’ 등은 플레이트(Plate) 또는 면 형태일 수 있으며, ‘플레이트’ 또는 ‘면’은 각 재료가 연속체(continuum)를 이루며 폭과 길이 대비 두께가 상대적으로 작은 디멘젼(dimension)을 가짐을 의미하는 것이다. 이에 따라 본 명세서에서 언급되는 ‘플레이트’ 또는 ‘면’에 의해, ‘격막’, ‘이온교환막’ 및 ‘전극’ 등이 2 차원의 편평한 평면으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 언급되는 ‘격막’, ‘이온교환막’ 및 ‘전극’은 플레이트(Plate) 형태일 수 있으며, 면 방향으로 바라봤을 때의 형태는 전술한 목적을 달성할 수 있는 범위 내라면 다양한 형상을 가져도 무방하며, 예컨대 n각형(n은 4 이상의 자연수), 원형, 타원형 등일 수 있으며, 비특정 형상일 수도 있다. 바람직하게는 격막이 각 방향에 따른 정렬 및 배치가 용이하도록 상단, 하단, 좌단, 우단을 포함하는 n각형일 수 있으나(n은 4 이상), 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
본 발명의 일 예에 있어서, 이온교환막(200) 및 전극(300, 400)의 각 평균두께는 적절히 조절될 수 있으며, 예컨대 서로 독립적으로 0.5 내지 10 mm일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
CP : 중심점, CLx, CLy : 중심선,
100 : 단위 격막, 100a : 제1 격막,
100b : 제2 격막, 100c : 제3 격막,
100d : 제4 격막, 110 : 유로채널부,
111 : 제1 랜드, 112 : 제2 랜드,
120 : 유로채널홀, 120a, 1 : 제1 유로채널홀,
120b, 2 : 제2 유로채널홀, 130 : 유로홀,
130a, a : 제1 유로홀, 130b, b : 제2 유로홀,
130c, c : 제3 유로홀, 130d, d : 제4 유로홀,
130e, e : 제5 유로홀, 130f, f : 제6 유로홀,
200 : 이온교환막, 200a : 제1 이온교환막,
200b : 제2 이온교환막, 220 : 관통홀,
220a : 제1 관통홀, 220b : 제2 관통홀,
220c : 제3 관통홀, 220d : 제4 관통홀,
220e : 제5 관통홀, 220f : 제6 관통홀,
220g : 제7 관통홀, 220h : 제8 관통홀,
300 : 제1 전극, 400 : 제2 전극,
500 : 제1 하우징, 600 : 제2 하우징
800 : 단위 복합셀,
①~④ : 각각 제1 내지 제4 유입수의 유체흐름,
⑤~⑧ : 각각 제1 내지 제4 처리수의 유체흐름

Claims (10)

  1. 단위 격막(100)과 이온교환막(200)이 복수 회 서로 교번 적층되는 단위 복합셀(800)을 포함하는 전기 투석 시스템으로,
    상기 단위 격막(100)은,
    중앙부에 관통 형성되는 유로채널부(110);
    상기 유로채널부(110)의 단부에 연장 관통 형성되는 2 개의 유로채널홀(120a, 120b); 및
    외곽에 형성되는 복수 개의 유로홀(130a~130f);을 포함하며,
    상기 단위 격막(100)은 중심점(CP) 또는 중심선(CLx, CLy)을 기준으로 회전 또는 반전되어 교번 적층되되, 상기 유로채널홀(120a, 120b) 및 유로홀(130a~130f)은 인접하는 다른 단위 격막(100)의 유로채널홀(120a, 120b) 및 유로홀(130a~130f)에서 선택되는 홀과 각각 대응 연통하여 유로관을 형성하며,
    상기 유로채널홀(120a, 120b)은 유로채널홀간 서로 이격하여 형성되는 제1 유로채널홀(120a) 및 제2 유로채널홀(120b)로 구성되며,
    상기 유로홀(130a~130f)은 유로홀간 서로 이격하여 형성되는 제1 내지 제6 유로홀(130a~130f)로 구성되며, 상기 유로채널홀(120a, 120b) 및 유로홀(130a~130f)은 상기 중심점(CP) 및 중심선(CLx, CLy)에 대하여 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 전기 투석 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단위 격막은 제1 격막(100a), 제2 격막(100b), 제3 격막(100c) 및 제4 격막(100d)을 포함하며, 이들 사이에 이온교환막이 각각 배치되는 전기 투석 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단위 격막의 외곽은 중심점(CP)을 기준으로 상단 외곽부, 하단 외곽부, 좌단 외곽부 및 우단 외곽부를 포함하며,
    상기 제1 유로채널홀(120a)은 상기 좌단 외곽부에 형성되고, 상기 제2 유로채널홀(120b)은 상기 하단 외곽부에 형성되며,
    상기 제1 및 제2 유로홀(130a, 130b)은 상기 상단 외곽부에 형성되고, 상기 제3 및 제4 유로홀(130c, 130d)은 상기 우단 외곽부에 형성되며,
    상기 제5 유로홀(130e)은 상기 하단 외곽부에 형성되고, 상기 제6 유로홀(130f)은 상기 좌단 외곽부에 형성되는 전기 투석 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 유로홀(130a)은 상기 제2 유로홀(130b)의 좌측에 형성되고, 상기 제3 유로홀(130c)은 상기 제4 유로홀(130d)의 상측에 형성되며,
    상기 제5 유로홀(130e)은 상기 제2 유로채널홀(120b)의 좌측에 형성되고, 상기 제6 유로홀(130f)은 상기 제1 유로채널홀(120a)의 하측에 형성되는 전기 투석 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 격막(100a)의 제1 유로채널홀(120a), 상기 제2 격막(100b)의 제6 유로홀(130f), 상기 제3 격막(100c)의 제4 유로홀(130d) 및 상기 제4 격막(100d)의 제3 유로홀(130c)은 서로 연통되고, 상기 제1 격막(100a)의 유로채널부(110)로 연통되며,
    상기 제1 격막(100a)의 제2 유로채널홀(120b), 상기 제2 격막(100b)의 제2 유로홀(130b), 상기 제3 격막(100c)의 제1 유로홀(130a) 및 상기 제4 격막(100d)의 제5 유로홀(130e)은 서로 연통되고, 상기 제1 격막(100a)의 유로채널부(110)로 연통되며,
    상기 제1 격막(100a)의 제1 유로홀(130a), 상기 제2 격막(100b)의 제5 유로홀(130e), 상기 제3 격막(100c)의 제2 유로채널홀(120b) 및 상기 제4 격막(100d)의 제2 유로홀(130b)은 서로 연통되고, 상기 제3 격막(100c)의 유로채널부(110)로 연통되며,
    상기 제1 격막(100a)의 제2 유로홀(130b), 상기 제2 격막(100b)의 제2 유로채널홀(120b), 상기 제3 격막(100c)의 제5 유로홀(130e) 및 상기 제4 격막(100d)의 제1 유로홀(130a)은 서로 연통되고, 상기 제2 격막(100b)의 유로채널부(110)로 연통되며,
    상기 제1 격막(100a)의 제3 유로홀(130c), 상기 제2 격막(100b)의 제4 유로홀(130d), 상기 제3 격막(100c)의 제6 유로홀(130f) 및 상기 제4 격막(100d)의 제1 유로채널홀(120a)은 서로 연통되고, 상기 제4 격막(100d)의 유로채널부(110)로 연통되며,
    상기 제1 격막(100a)의 제4 유로홀(130d), 상기 제2 격막(100b)의 제3 유로홀(130c), 상기 제3 격막(100c)의 제1 유로채널홀(120a) 및 상기 제4 격막(100d)의 제6 유로홀(130f)은 서로 연통되고, 상기 제3 격막(100c)의 유로채널부(110)로 연통되며,
    상기 제1 격막(100a)의 제5 유로홀(130e), 상기 제2 격막(100b)의 제1 유로홀(130a), 상기 제3 격막(100c)의 제2 유로홀(130b) 및 상기 제4 격막(100d)의 제2 유로채널홀(120b)은 서로 연통되고, 상기 제4 격막(100d)의 유로채널부(110)로 연통되며,
    상기 제1 격막(100a)의 제6 유로홀(130f), 상기 제2 격막(100b)의 제1 유로채널홀(120a), 상기 제3 격막(100c)의 제3 유로홀(130c) 및 상기 제4 격막(100d)의 제4 유로홀(130d)은 서로 연통되고, 상기 제2 격막(100b)의 유로채널부(110)로 연통되는 전기 투석 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단위 복합셀(800)은 둘 이상이 대응하여 적층되는 전기 투석 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이온교환막은 단위 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)과 각각 대응 위치하여 형성되는 8 개의 관통홀(220a~220h)을 포함하며,
    각 격막의 유로홀(130a~130f) 및 유로채널홀(120a, 120b)과 각 이온교환막의 관통홀(220a~220h)이 각각 대응 연통하여 유로관이 형성되는 구조를 갖는 전기 투석 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이온교환막(200)은 양이온교환막, 음이온교환막 및 바이폴라막 중에서 선택되는 전기 투석 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유로채널부(110)는 내부가 망 상태로 형성된 유로채널을 포함하는 전기 투석 시스템.
KR1020180073479A 2018-06-26 2018-06-26 전기 투석 시스템 KR102078100B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180073479A KR102078100B1 (ko) 2018-06-26 2018-06-26 전기 투석 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180073479A KR102078100B1 (ko) 2018-06-26 2018-06-26 전기 투석 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200001646A KR20200001646A (ko) 2020-01-07
KR102078100B1 true KR102078100B1 (ko) 2020-02-18

Family

ID=69153765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180073479A KR102078100B1 (ko) 2018-06-26 2018-06-26 전기 투석 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102078100B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11891236B2 (en) 2020-02-25 2024-02-06 Pvpallet, Inc. Transport container
US11339483B1 (en) 2021-04-05 2022-05-24 Alchemr, Inc. Water electrolyzers employing anion exchange membranes

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002263654A (ja) * 2001-03-08 2002-09-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気化学的水処理装置
JP2003024947A (ja) * 2001-07-12 2003-01-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気透析槽
KR101427563B1 (ko) * 2012-03-29 2014-08-06 (주) 테크윈 해수 전해 장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100901857B1 (ko) 2008-11-06 2009-06-09 주식회사 덕영엔지니어링 전기 투석 연수기
KR101564921B1 (ko) 2014-02-12 2015-11-02 (주)동양화학 금속섬유를 포함하는 담수화용 전기투석 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002263654A (ja) * 2001-03-08 2002-09-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気化学的水処理装置
JP2003024947A (ja) * 2001-07-12 2003-01-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気透析槽
KR101427563B1 (ko) * 2012-03-29 2014-08-06 (주) 테크윈 해수 전해 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200001646A (ko) 2020-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5833665B2 (ja) 電気化学的分離システムにおいて電流効率を向上させるための技術および方法
US20220380235A1 (en) Electrochemical separation systems and methods
KR102074257B1 (ko) 원통형 역전기투석 발전장치
US10604426B2 (en) High efficiency electrochemical desalination system that incorporates participating electrodes
EP2658636B1 (en) Electrodeionization device with improved scaling resistance
KR102078100B1 (ko) 전기 투석 시스템
JP2004216302A (ja) 電気脱イオン装置及び水処理装置
KR20210102076A (ko) 염도차 발전장치
JP2013034920A (ja) 電気式脱イオン水製造装置
KR102048113B1 (ko) 전기화학적 분리 디바이스
KR101837554B1 (ko) 블록형 막증류 모듈 및 이를 이용한 적층 막증류 시스템
KR102436864B1 (ko) 전기식 탈이온수 제조장치
AU2018289490B2 (en) Design of fluid manifolds in electrodialysis devices
KR102423923B1 (ko) 역전기투석 염분차 발전장치
CN108883369B (zh) 多用途膜单元堆叠件及其制造方法
JP2002166282A (ja) 電気化学的水処理装置及びその製造方法
WO2004071550A2 (en) Web structure membrane spacer

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant