KR102341495B1 - 처리수와 농축수의 배출 경로 분리에 의해 회수율이 향상된 cdi장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 쌍의 전극이 직렬로 나란하게 연결되는 듀얼 전극 구조에서 처리수와 농축수의 배출 경로가 내부적으로 분리 배출될 수 있도록 구성됨으로써 안정된 처리수를 확보하고, 회수율(처리수/유입수)이 향상될 수 있도록 한 CDI장치에 관한 것으로, 상세하게는 각각 중공이 형성되는 한 쌍의 전극이 직렬로 나란하게 연결되는 듀얼 전극이 상하방향으로 일정 간격을 유지하면서 상호 적층되는 CDI전극부; 및 상기 CDI전극부를 수용하며 하부와 상부에 각각 유입수가 유입되고 처리수가 배출되도록 구성되는 케이싱부;를 포함하며, 상기 케이싱부는, 내부공간이 마련되고 하부 및 상부에 각각 하부개구부와 상부개구부가 형성되는 본체와, 상기 본체의 하부개구부에 결합되고 상기 내부공간과 연통하는 제 1유입공이 형성되는 하부커버와, 상기 본체의 상부개구부에 결합되고 상기 CDI전극부의 흡, 탈착 과정에서 배출되는 처리수 및 농축수의 배출 경로가 분리되게 하는 상부커버 및 상기 상부커버에 의해 분리된 배출 경로 중 선택된 어느 하나를 통해 처리수 또는 농축수가 배출되게 하는 개폐밸브를 포함하는 것이 특징이다.

Description

처리수와 농축수의 배출 경로 분리에 의해 회수율이 향상된 CDI장치{CDI device with improved recovery rate by separating the discharge path of treated water and concentrated water}

본 발명은 한 쌍의 전극이 직렬로 나란하게 연결되는 듀얼 전극 구조에서 처리수와 농축수의 배출 경로가 내부적으로 분리 배출될 수 있도록 구성됨으로써 안정된 처리수를 확보하고, 회수율(처리수/유입수)이 향상될 수 있도록 한 CDI장치에 관한 것이다.

우리나라의 경우 용수 부족 현상이 심각하여 가용 수자원의 의존도를 줄여 나가면서 하, 폐수 처리수와 같은 고도처리 방류수를 다양한 용도로 재이용하고 지하염수 및 해수의 탈염을 통한 양질의 음용수 확보, 중금속을 포함한 다양한 이온성 오염물에 의해 오염된 지하수의 처리를 통한 깨끗한 수자원의 확보를 위한 노력을 꾸준히 진행하고 있다. 이를 위해서는 수중의 유기물 뿐만 아니라, 부유성 고형물, 바이러스, 용존 고형물, 난분해성 물질, 냄새, 색도 등을 제거해야 한다.

특히, 물속에 존재하는 다양한 이온성 물질들을 제거하는 탈염(Desalination or Deionization) 기술은 고도 수처리 기술 개발을 위한 필수 요소기술로 그 중요성이 점차 강조되고 있는 실정이다. 현재 상업적으로 개발, 이용되고 있는 탈염 기술로는 종래의 증발법(Distillation), 역삼투법(RO: Revers Osmosis), 전기투석법(ED: Electrodialysis), 이온교환법(IEX: Ion exchange) 등이 있으며, 이들 공정들은 기술적으로 검증되어 실제 탈염 시설에 많이 적용되고 있다.

그러나 이들 공정은 탈염 과정에서 에너지 비용이 높고 막 오염으로 인한 효율 저하 등의 문제점으로 점차 효과적이고 에너지 비용을 줄일 수 있는 새로운 탈염 기술에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다.

이러한 종래 탈염 기술들의 문제점에 기해 새로운 탈염 기술로 축전탈이온 반응장치(CDI, Capacitive Deionization)가 제시되는데, 축전탈이온 반응장치는 다공성 탄소전극에 물분해 반응을 유발시키지 않는 미량의 전류(0.1 내지 1.2볼트)를 공급하여 전기적으로 대전된 전극표면에 이온을 흡착, 제거하는 수처리 장치(공정)이다.

한편 종래 CDI 시스템에서는 처리 용량에 따라 복수의 CDI모듈(2) 간을 병렬 연결시켜 운용하였으며, 복수의 CDI모듈(2)들이 하나의 유출구를 통해 농축수는 물론 처리수를 배출하는 구조를 갖는다.

즉 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 CDI모듈(2)은 유출구에 장착된 밸브(3)의 개폐를 통해 농축수 또는 처리수를 배출하게 되고, 이러한 각각의 CDI모듈(2)로부터 배출되는 농축수 또는 처리수는 단일 배출관(1)에 연결되어 일괄 배출되는 구조를 갖게 되는 것이다.

이와 같은 종래 CDI시스템은 단일 배출관(1)의 연결에 의해 배관 설치가 간단하고 설치 비용이 절감되는 효과는 있지만, 시스템의 특성상 처리수와 농축수의 전환이 수시로 이루어짐에 따라 하나의 배출관(1)에서 처리수와 농축수가 반복 배출될 경우, 기존 배출관(1)에 잔존하는 농축수를 전부 퍼지한 후 처리수를 얻을수 있어 회수율(처리수/유입수) 부분에서 불리 하다.

특히 단일 배출관(1)에 잔류하는 농축수가 처리수에 영향을 주는 경우가 있어 민감한 현장에서는 퍼지 시간을 상당히 길게 적용하는 경우도 발생하게 되는데, 이러한 현상은 시스템의 규모가 커질수록 확연히 나타나, 회수율(처리수/유입수)이 저하되는 요인으로 작용하게 되는 문제점이 있다.

대한민국 특허등록 제10-1022257호

따라서 본 발명의 목적은, 한 쌍의 전극이 직렬로 나란하게 연결되는 듀얼 전극 구조에서 처리수와 농축수의 배출 경로가 내부적으로 분리 배출될 수 있도록 구성됨으로써 안정된 처리수를 확보하면서 회수율(처리수/유입수)이 향상될 수 있는 처리수와 농축수의 배출 경로 분리에 의해 회수율이 향상된 CDI장치를 제공하고자 함이다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제에 의한 처리수와 농축수의 배출 경로 분리에 의해 회수율이 향상된 CDI장치(이하 '본 발명의 CDI장치'라 칭함)는, 각각 중공이 형성되는 한 쌍의 전극이 직렬로 나란하게 연결되는 듀얼 전극이 상하방향으로 일정 간격을 유지하면서 상호 적층되는 CDI전극부; 및 상기 CDI전극부를 수용하며 하부와 상부에 각각 유입수가 유입되고 처리수가 배출되도록 구성되는 케이싱부;를 포함하며, 상기 케이싱부는, 내부공간이 마련되고 하부 및 상부에 각각 하부개구부와 상부개구부가 형성되는 본체와, 상기 본체의 하부개구부에 결합되고 상기 내부공간과 연통하는 제 1유입공이 형성되는 하부커버와, 상기 본체의 상부개구부에 결합되고 상기 CDI전극부의 흡, 탈착 과정에서 배출되는 처리수 및 농축수의 배출 경로가 분리되게 하는 상부커버 및 상기 상부커버에 의해 분리된 배출 경로 중 선택된 어느 하나를 통해 처리수 또는 농축수가 배출되게 하는 개폐밸브를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 하부커버는, 상기 내부공간을 향하는 내측면에서 중심부에 형성되는 제 1유입공와, 상기 제 1유입공과 연통하고 내부공간에 수용된 듀얼 전극의 각 전극별으로 유입수가 균등하게 유입되도록 하는 유입유로를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 유입유로는, 상기 제 1유입공과 연통되고 듀얼 전극을 구성하는 각 전극이 위치하는 양 방향으로 유입수가 이동되게 하는 이동유로 및 상호 대칭 구조로 상기 이동유로의 양단에서 각각 연장되고 방사형으로 분배되면서 각 전극의 테두리를 따라 복수의 출구가 노출되게 구성되어 각 전극 주위로 유입수가 토출되게 하는 분배유로를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 하부커버는, 상기 듀얼 전극의 각 중공과 대면하게 되는 부위에 각각 관통 형성되고 상기 내부공간을 향하는 내측면에서 상기 분배유로와 연통되는 제 2유입공을 더 포함하며, 상기 제 1유입공 및 제 2유입공은, 개폐막이 형성되고 상기 개폐막의 제거를 통해 상기 제 1유입공 또는 제 2유입공 중 선택된 어느 하나를 통해 유입수가 상기 내부공간으로 유입되게 하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 상부커버는, 중심측으로부터 이격된 위치에서 상호 대칭 구조로 관통 형성되는 처리수배출공과 농축수배출공 및 상기 내부공간을 향하는 내측면에서 상기 처리수배출공 및 농축수배출공과 연통하고 내부공간에 수용된 CDI전극부에서 처리되는 처리수 또는 농축수가 균등하게 배출되도록 하는 배출유로를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 배출유로는, 중심부에 형성되는 수집홈과, 내부공간에 수용되는 듀얼 전극의 각 중공과 대면하는 부위에 각각 형성되는 한 쌍의 연통홈과, 상호 대칭을 이루며 상기 수집홈에 각 연통홈이 연통되게 하는 한 쌍의 제 1배출유로 및 상호 대칭을 이루며 상기 수집홈에 상기 처리수배출공과 농축수배출공이 각각 연통되게 하는 한 쌍의 제 2배출유로를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 한 쌍의 연통홈 각각은 상기 수집홈을 중심으로 일측 및 타측에서 동일한 거리로 이격되며, 상기 처리수배출공과 농축수배출공은 각 연통홈의 일측 및 타측에서 동일한 거리로 이격되는 대칭 구조를 가지며, 상기 한 쌍의 제 1배출유로 및 한 쌍의 제 2배출유로는 각각 상호 간 교차각이 직각을 갖도록 평면상 대각선 방향으로 대칭을 이루면서 곡선형 홈 구조로 구성되는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 상부커버는 상기 연통홈이 상기 상부커버를 관통되게 하거나 상기 처리수배출공 및 농축수배출공이 밀폐되게 하는 개폐막을 더 포함하고, 상기 처리수배출공 및 농축수배출공과 상기 연통홈은 상기 개폐막을 통해 상기 처리수배출공 및 농축수배출공 또는 연통홈 중 어느 하나를 통해 처리수 또는 농축수가 배출되게 하는 것이 특징이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 CDI장치는 한 쌍의 전극이 직렬로 나란하게 연결되는 듀얼 전극 구조에 적용되어, CDI전극부의 탈염 과정 중 발생하는 처리수와 농축수의 배출이 독립된 개별 경로를 통해 전용으로 이루어짐으로써, 농축수를 전부 퍼지한 후 처리수를 얻을 수 있는 기존 단일 배출관 적용 구조와 대비하여 안정된 처리수의 생산은 물론 높은 회수율(처리수/유입수)을 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래 CDI시스템의 처리수 및 농축수 배출 경로를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 CDI장치를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 케이싱부를 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 CDI전극부의 적층 구조를 나타내는 사시도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하부커버의 평면부와 저면부를 각각 나타내는 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상부커버의 평면부와 저면부를 각각 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상부커버의 배출유로 구조를 나타내는 도면.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출유로를 통한 처리수와 농축수의 이동 경로를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단독형 CDI장치의 탈염 처리 과정을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 CDI장치가 둘 이상 직렬 연결될 경우의 탈염 처리 과정을 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 CDI장치는, 듀얼 전극의 적층으로 구성되는 CDI전극부(10)와, 상기 CDI전극부(10)를 수용하며 상기 CDI전극부(10)의 흡, 탈착 과정으로부터 배출되는 처리수 또는 농축수가 독립된 경로를 통해 배출되게 하는 케이싱부(20) 및 상기 CDI전극부(10)로 전원을 인가하여 전극(100)의 흡, 탈착 구동을 제어하는 전원부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 CDI전극부(10)는 각각 중공(101)이 형성되며 직렬로 나란하게 연결되는 한 쌍의 전극(100)이 상하 방향으로 일정 간격을 유지하면서 상호 적층 구성된다.

상기 CDI전극부(10)는 한 쌍의 전극(이하 '듀얼 전극(100)'이라 칭함)이 직렬로 나란하게 연결되어 제 1흡탈착면(110)과 제 2흡탈착면(120)이 노출된다.

그리고 상기 CDI전극부(10)의 듀얼 전극(100)은 요구되는 처리 용량을 고려하여 그 적층수가 결정될 수 있다.

상기 CDI전극부(10)는 상호 적층되는 듀얼 전극(100) 사이에 간극이 형성되고, 간극을 통과하게 되는 유입수에 대하여 선택적으로 이온을 흡착하게 되며 이러한 흡착 과정에서 유입수로부터 이온이 제거된 처리수가 각 듀얼 전극(100)에 형성되는 중공(101)을 통해 상향 이동되어 배출된다.

그리고 상기 듀얼 전극(100)은 상기 전원부(30)의 정전위 또는 역전위 인가에 따라 양전극 또는 음전극으로 작용하게 되어 유입수로부터 선택적으로 이온을 흡착하거나 세척수에 의해 흡착된 이온이 탈착될 수 있는 바, 상기 전원부(30)로부터 전원을 인가받기 위한 접속부(130)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 접속부(130)는 상기 듀얼 전극(100)의 일측으로부터 평행하게 연장되는 수평면(131)과 상기 수평면(131)에 직교하는 방향으로 연장되는 수직면(132)이 곡면(133)으로 연결될 수 있다.

즉 상기 듀얼 전극(100)은 도 4에 도시된 바와 같이 일측으로부터 연장되는 접속부(130)가 수평면(131)을 이루다가 곡면(133)으로 꺽어져 수직면(132)을 이루게 되는 형상을 갖는 것이다.

이러한 듀얼 전극(100)은 앞서 언급한 바와 같이 상하 방향을 따라 적층되어 상기 접속부(130) 특히 접속부(130)의 수직면(132)들이 상호 연속적으로 중첩되며, 결과적으로 듀얼 전극(100)의 접속부(130) 간에 면접촉을 이뤄 접점 부위을 보다 증대시키게 됨으로써 접속 불량을 최소화할 수 있게 된다.

이는 그라파이트 재질의 전극이 갖는 특성 예를 들면 그라파이트 전극의 수직 방향 전도성보다 면을 따라 흐르는 전도성이 우수한 특성을 이용하는 것으로, 본 발명에서는 상기 듀얼 전극(100)이 이격 적층됨에도 실질적으로 전원이 인가되는 접속부(130)에서 면 접촉을 통해 접속 효율의 향상을 도모할 수 있게 되는 것이다.

상기 듀얼 전극(100)은 전원 인가에 따라 이온을 흡착 또는 탈착할 수 있는 재질이면 어떠한 재질을 사용하여도 무방하다. 예를 들면 상기 듀얼 전극(100)은 그라파이트의 양면에 활성탄소가 코팅된 것일 수 있으며, 상기 접속부(130)는 상기 본체(100)에 있어 그라파이트가 연장되는 것일 수 있다.

본 발명의 CDI전극부(10)는 하나의 듀얼 전극(100)과 이에 인접하여 적층되는 다른 하나의 듀얼 전극(100)이 상호 대면할 때, 각 듀얼 전극(100)에 마련되는 접속부(130)는 교번으로 일측과 타측을 향하도록 배치되며, 일측에 연속 중첩되는 복수의 접속부(130)와 타측에 연속 중첩되는 복수의 접속부(130)에는 각각 서로 다른 극성의 직류전원이 인가된다.

즉 상호 적층되는 듀얼 전극(100)들은 그 방향을 엇갈리게 배치함으로써, 일 듀얼 전극(100)에 구성되는 제 1흡탈착면(110)이 타 듀얼 전극(100)에 구성되는 제 2흡탈착면(120)과 대면하게 되고, 일 듀얼 전극(100)에 구성되는 제 2흡탈착면(120)이 타 듀얼 전극(100)에 구성되는 제 1흡탈착면(110)과 대면하게 되는 바, 각 듀얼 전극(100)에 인가되는 직류전원의 대전 원리에 의하여 제 1흡탈착면(110)과 제 2흡탈착면(120)은 서로 다른 극성을 갖는 전극으로 활용된다.

또한 상기 CDI전극부(10)는 상기 전원부(30)의 직류전원을 상기 듀얼 전극(100)의 일측 또는 타측방향으로 배치되는 복수의 접속부(130)로 일괄 인가하기 위한 한 쌍의 접속바(140)를 더 포함한다.

상기 한 쌍의 접속바(140)는 상기 듀얼 전극(100)의 적층 방향과 평행한 긴 길이를 가지고, 상기 접속부(130)의 수직면(132)을 압착하도록 구성된다.

즉 상기 한 쌍의 접속바(140)는 상기 듀얼 전극(100)의 일측 또는 타측에 각각 연속 적층되는 접속부(130)별로 각각 마련되는 것으로, 하나의 접속바(140)는 상기 수직면(132)의 외측에 배치되고 다른 하나의 접속바(140)는 상기 수평면(131)을 관통하여 수직면(132)의 내측에 배치되면서, 도면에 도시된 바 없으나 한 쌍의 접속바(140)를 상호 압착시키기 위한 압착수단을 통해 수직면(132)의 내, 외측에 각각 밀착된다.

그리고 상기 한 쌍의 접속바(140) 중 어느 하나의 접속바(140)에는 상기 케이싱부(20)를 관통하여 내부공간으로 인입되는 전원인가단자(300)가 전기적으로 연결되어 연속 적층되는 접속부(130)는 선택된 하나의 극성을 갖는 직류전원이 일괄적으로 인가될 수 있는 바, 전원부(30)의 전원 인가를 위하여 케이싱부(20)에 공간 확보를 최소화하면서도 안정적인 전원 공급이 이루어질 수 있게 되는 것이다.

한편 상기 케이싱부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 CDI전극부(10)를 수용하며 하부와 상부에서 각각 유입수의 유입과 처리수의 배출이 이루어질 수 있도록 구성된다.

이러한 케이싱부(20)는 내부공간(201)이 마련되어 상기 CDI전극부(10)를 수용하는 본체(200)와 상기 본체(200)의 상부 및 하부에 각각 결합되는 상부커버(220) 및 하부커버(210)를 포함하여 구성된다.

상기 본체(200)는 내부공간(201)이 마련되고 하부 및 상부에 각각 하부개구부와 상부개구부가 형성되어 있으며, 양 측면에는 각각 상기 전원부(30)의 전원공급단자(300)가 관통되기 위한 통공(204)이 마련되어 상기 내부공간(201)에 수용된 상기 CDI전극부(10)으로 전원이 인가될 수 있도록 한다.

상기 통공(204)에는 상기 내부공간(201)으로 유입되는 유입수가 누수되지 않도록 기밀패킹이 장착되는 것이 바람직하다.

여기서 상기 통공(204)은 상기에서 언급한 바와 같이 본체(200)에 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 이하에서 설명하는 하부커버(210)나 상부커버(220) 중 어느 하나 또는 하부커버(210)와 상부커버(220) 모두에 형성될 수도 있다.

상기 하부커버(210)는 상기 본체(200)의 하부개구부에 결합되고, 상기 내부공간(201)과 연통하는 제 1유입공(230)이 중심부에 형성되어 외부로부터 처리 대상 유입수가 유입될 수 있도록 한다.

여기서 상기 하부커버(210)는 상기 내부공간(201)을 향하는 내측면에서 상기 제 1유입공(230)과 연통하고 내부공간(201)에 수용된 듀얼 전극(100)의 각 전극으로 유입수가 균등하게 유입되도록 하는 유입유로(240)를 포함함으로써 각 전극별 흡탈착면(110, 120)에서 고른 흡착 공정이 수행될 수 있도록 한다.

일 예로 상기 유입유로(240)는 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 제 1유입공(230)과 연통되고, 듀얼 전극(100)을 구성하는 각 전극이 위치한 양 방향을 향하도록 구성되어 유입수가 이동되게 하는 이동유로(241) 및 상호 대칭되는 구조로 상기 이동유로(241)의 양단에서 각각 연장 및 분배되면서 각 전극의 테두리를 따라 복수의 출구(242)가 노출되게 구성되어 각 전극 주위로 유입수가 유입되게 하는 분배유로(243)를 포함하여 구성될 수 있다.

즉 본 실시 예의 유입유로(240)는 제 1유입공(230)을 통해 하부커버(210)의 중심으로부터 유입되는 유입수가 상기 이동유로(241)를 따라 한 쌍의 전극이 위치하게 되는 양방향으로 분배되며, 이동유로(241)의 양 끝단에서 각각 방사형으로 분배되어 전극의 테두리 부위의 출구(242)를 통해 토출됨으로써 상호 적층되는 듀얼 전극(100)의 각 전극 간 간극으로 유입될 수 있으며, 특히 분배유로(243)의 대칭 구조로 인하여 유입수가 균일한 유량과 유속을 가지면서 유입될 수 있도록 하는 것이다.

이에 더하여 본 실시 예의 하부커버(210)는 상기 CDI전극부(10)를 구성하는 듀얼 전극(100)의 각 중공(101)과 대면하게 되는 부위에 각각 관통 형성되고 상기 내부공간(201)을 향하는 내측면에서 상기 분배유로(243)와 연통하는 제 2유입공(250)을 더 포함할 수 있다.

이는 본 발명의 CDI장치가 도 10에 도시된 바와 같이 상호 직렬로 적층 연결되는 구조인 경우, 하단 CDI장치의 각 전극별 중공(201)에서 1차 흡착 처리된 처리수가 상기 제 1유입공(230)을 거치지 않고 직접적으로 제 2유입공(50)을 거쳐 분배유로(243)를 통해 분배되면서 각 전극의 주위로 유입될 수 있도록 하는 것이다.

따라서 본 발명의 CDI장치는 하나의 독립된 처리 장치로 사용되거나 또는 복수의 CDI장치가 직렬 연결되는 구조에 따라 제 1유입공(230) 또는 제 2유입공(250) 중 선택된 어느 하나를 통해 유입수가 상기 내부공간(201)으로 유입되게 구성될 수 있는 바, 바람직하게는 상기 제 1유입공(230) 및 제 2유입공(250)에 개폐막(40)이 형성되어 상기 개폐막(40)의 선택적인 제거를 통해 제 1유입공(230) 또는 제 2유입공(250) 중 어느 하나로 유입수의 유입이 가능해질 수 있도록 한다.

또한 본 발명의 CDI장치는 케이싱부(20)를 사출 제작함에 있어서도 하나의 독립된 처리 장치로 사용되는 경우나 복수의 CDI장치가 직렬 연결된 구조로 사용되는 경우 등 CDI장치의 적층 연결수에 상관없이 동일한 설계 구조를 가지고 개폐막(40)의 제거를 통하여 유입수의 유입 경로를 선택할 수 있게 되므로 장치의 제조 단가를 절감할 수 있게 된다.

상기 상부커버(220)는 상기 본체(200)의 상부개구부에 결합되고 상기 CDI전극부(10)의 흡, 탈착 과정에서 배출되는 처리수 및 농축수의 배출 경로가 분리되게 한다.

일 예로 상기 상부커버(220)는 도 6a에 도시된 바와 같이 중심측으로부터 이격된 위치에서 상호 대칭 구조로 관통 형성되는 처리수배출공(261)과 농축수배출공(262) 및 상기 내부공간(201)을 향하는 내측면에서 상기 처리수배출공(261) 및 농축수배출공(262)과 연통하고 내부공간(201)에 수용된 CDI전극부(10)에서 처리되는 처리수 또는 농축수가 균등하게 외부로 배출되도록 하는 배출유로(270)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 배출유로(270)는 도 6b에 도시된 바와 같이 중심부에 형성되는 수집홈(271)과, 내부공간(201)에 수용되고 상기 CDI전극부(10)를 구성하는 듀얼 전극(100)의 각 중공(101)과 대면하는 부위에 각각 형성되는 한 쌍의 연통홈(272)과, 상호 대칭을 이루며 상기 수집홈(271)에 각 연통홈(272)이 연통되게 하는 한 쌍의 제 1배출유로(273) 및 상호 대칭을 이루며 상기 수집홈(271)에 상기 처리수배출공(261)과 농축수배출공(262)이 각각 연통되게 하는 한 쌍의 제 2배출유로(274)를 포함한다.

여기서 도 7를 참조하면, 상기 한 쌍의 연통홈(272) 각각은 상기 수집홈(271)을 중심으로 일측 및 타측에서 동일한 거리(a, a')로 이격되며, 상기 처리수배출공(261)과 농축수배출공(262) 역시 각 연통홈(272)의 일측 및 타측에서 동일한 거리(b, b')로 이격되는 대칭 구조를 구성된다.

특히 상기 한 쌍의 제 1배출유로(273) 및 한 쌍의 제 2배출유로(274)의 경우, 각각 상호 간 교차각이 직각을 갖도록 평면상 대각선 방향으로 대칭을 이루면서 곡선형 홈 구조로 구성되어 유체의 이동 시 저항이 최소화될 수 있도록 함으로써, 각 중공(101)으로부터 배출되는 처리수 또는 농축수가 각 배출유로에서 이동하거나 상기 수집홈(271)에 합류하여 처리수배출공(261) 또는 농축수배출공(262)로 배출됨에 있어 어느 한 쪽으로 편중되는 현상없이 균등하게 배출될 수 있도록 한다.

또한 상기 상부커버(220) 역시 본 발명의 CDI장치의 직렬 연결 구조에 따라 상기 연통홈(272)이 상기 상부커버(220)를 관통되게 하거나 상기 처리수배출공(261) 및 농축수배출공(262)이 밀폐되게 하는 개폐막(40)를 더 포함하며, 상기 처리수배출공(261) 및 농축수배출공(262)과 상기 연통홈(272)은 상기 개폐막(40)을 통해 상기 처리수배출공(261) 및 농축수배출공(262) 또는 연통홈(272) 중 어느 하나를 통해 처리수 또는 농축수가 배출되게 할 수 있다.

즉 하나의 CDI장치로 단독 사용될 경우 처리수배출공(261) 및 농축수배출공(262)의 개폐막(40)을 제거하여 처리수배출공(261) 및 농축수배출공(262)을 통해 처리수 또는 농축수가 배출되게 하는 것이며, 둘 이상의 CDI장치가 직렬 연결되어 사용될 경우 상기 처리수배출공(261) 및 농축수배출공(262)은 개폐막(40)을 통해 밀폐 상태를 유지하고 한 쌍의 연통홈(272)의 개폐막(40)을 제거하여 배출공으로서 활용되게 하여 이를 통해 처리수 또는 농축수가 배출되게 함으로써 인접한 상단 CDI장치의 제 2유입공(250)으로 처리수 또는 농축수가 직접적으로 유입되게 하는 것이다.

한편 상기 케이싱부(20)는 상기 상부커버(220)에 의해 분리된 배출 경로 중 선택된 어느 하나를 통해 처리수 또는 농축수가 배출되게 하는 개폐밸브(280)를 더 포함한다.

상기 개폐밸브(280)는 상기 상부커버(220)의 외측면에서 상기 처리수배출공(261) 및 농축수배출공(262)에 각각 설치될 수 있으며, 각 개폐밸브(280)에는 처리수배출관(291) 및 농축수배출관(292)이 연결되고 전원부(30)의 정전위 또는 역전위 인가와 함께 개폐밸브(280)의 조작을 통해 처리수 또는 농축수 중 어느 하나가 배출될 수 있도록 한다.

본 발명의 CDI장치의 처리수 또는 농축수 분리 배출 과정을 간략히 설명하면, 도 8a 및 도 9에 도시된 바와 같이 하나의 장치 단독 사용에서 제 1유입공(230)을 통해 유입되는 유입수는 상기 유입유로(240)를 통해 분배되어 듀얼 전극(100)을 구성하는 각 전극의 주위로 공급되며 적층된 듀얼 전극(100) 간의 간극으로 유입될 수 있다.

이후 전원부(30)의 정전위 인가에 따른 CDI전극부(100)의 흡착 과정을 통해 이온들이 제거된 처리수는 적층된 듀얼 전극(100)들 간에 형성된 중공(101)을 통해 상부 방향으로 이동하게 되고, 상부커버(220)의 내측면에서 각 중공(101)과 대면하게 되는 한 쌍의 제 1배출유로(273)에 의해 균등하게 수집홈(271)으로 이동 및 합류하게 된다.

이와 더불어 상기 처리수배출공(261)에 장착된 개폐밸브(280)가 개방되게 작동시키면서 농축수배출공(262)에 장착된 개폐밸브(280)를 밀폐되게 작동시켜, 상기 상부커버(220)의 수집홈(271)으로 이동 및 합류한 처리수는 처리수배출공(261)과 연통하는 제 2배출경로(274)를 통해서만 이동되며 처리수배출관(291)을 통해 외부로 배출된다.

반대로 전원부(30)의 역전위 인가에 따른 CDI전극부(100)의 탈착 과정에서는 상기 제 1유입공(230)을 통해 세척수가 케이싱부(20)로 유입되며, 흡착 과정과 동일하게 적층된 듀얼 전극(100)들 간 간극으로 세척수가 유입됨으로써 듀얼 전극(100)의 흡탈착면(110, 120)에 흡착되어 있던 이온이 탈착되면서 세척수에 혼합되어 농축수로서 각 중공(101)을 통해 상기 상부커버(220)의 수집홈(271)으로 이동 및 합류된다.

그리고 상기 농축수배출공(262)에 장착된 개폐밸브(280)가 개방되게 작동시키면서 처리수배출공(261)에 장착된 개폐밸브(280)를 밀폐되게 작동시켜, 도 8b에 도시된 바와 같이 상기 상부커버(220)의 수집홈(271)으로 이동 및 합류한 농축수는 농축수배출공(262)과 연통하는 제 2배출경로(274)를 통해서만 이동되며 농숙수배출관(292)을 통해 외부로 배출된다.

이와 같은 CDI장치의 흡탈착 과정과 그에 따른 처리수 또는 농축수의 배출 과정은 고농도 현장에서 복수의 장치가 직렬 연결되는 경우도 동일하게 적용될 수 있으며, 단지 직렬 연결 시 타 장치와 인접 및 밀착하게 되는 상부커버(220) 또는 하부커버(210)의 유입 및 배출 경로는 도 10에 도시된 바와 같이 각 듀얼 전극(100)의 중공(101)과 대면하면서 개폐막(40)이 제거되는 제 2유입공(250)과 연통홈(275)을 통해 이루어지게 된다.

이처럼 본 발명의 CDI장치는 CDI전극부(100)의 탈염 과정 중 발생하는 처리수와 농축수의 배출이 독립된 개별 경로를 통해 전용으로 이루어지게 되므로 농축수를 전부 퍼지한 후 처리수를 얻을 수 있는 기존 단일 배출관 적용 구조와 대비하여 안정된 처리수의 생산과 높은 회수율(처리수/유입수)을 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.

한편 상기 전원부(30)는 상기 복수의 듀얼 전극(100)에 전원을 공급하며 듀얼 전극(100)으로 인가되는 전원의 극성을 선택적으로 변경함으로써 유입수에 포함되는 이온을 흡착하거나 흡착된 이온이 탈착될 수 있도록 제어한다.

이러한 전원부(30)는 공지의 다양한 전원공급기기 중 어느 하나를 선택하여 적용할 수 있는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

10 : CDI전극부 20 : 케이싱부
30 : 전원부 40 : 개폐막
100 : 듀얼 전극 101 : 중공
130 : 접속부 140 : 접속바
200 : 본체 210 : 하부커버
220 : 상부커버 230 : 제 1유입공
240 : 유입유로 241 : 이동유로
242 : 분배유로 250 : 제 2유입공
261 : 처리수배출공 262 : 농축수배출공
270 : 배출유로 271 : 수집홈
272 : 연통홈 273 : 제 1배출유로
274 : 제 2배출유로 280 : 개폐밸브

Claims (8)

1. 각각 중공이 형성되는 한 쌍의 전극이 직렬로 나란하게 연결되는 듀얼 전극이 상하방향으로 일정 간격을 유지하면서 상호 적층되는 CDI전극부; 및
   상기 CDI전극부를 수용하며 하부와 상부에 각각 유입수가 유입되고 처리수가 배출되도록 구성되는 케이싱부;를 포함하며,
   상기 케이싱부는,
   내부공간이 마련되고 하부 및 상부에 각각 하부개구부와 상부개구부가 형성되는 본체와, 상기 본체의 하부개구부에 결합되고 상기 내부공간과 연통하는 제 1유입공이 형성되는 하부커버와, 상기 본체의 상부개구부에 결합되고 상기 CDI전극부의 흡, 탈착 과정에서 배출되는 처리수 및 농축수의 배출 경로가 분리되게 하는 상부커버 및 상기 상부커버에 의해 분리된 배출 경로 중 선택된 어느 하나를 통해 처리수 또는 농축수가 배출되게 하는 개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리수와 농축수의 배출 경로 분리에 의해 회수율이 향상된 CDI장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 하부커버는,
   상기 내부공간을 향하는 내측면에서 중심부에 형성되는 제 1유입공와, 상기 제 1유입공과 연통하고 내부공간에 수용된 듀얼 전극의 각 전극별으로 유입수가 균등하게 유입되도록 하는 유입유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리수와 농축수의 배출 경로 분리에 의해 회수율이 향상된 CDI장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 유입유로는,
   상기 제 1유입공과 연통되고 듀얼 전극을 구성하는 각 전극이 위치하는 양 방향으로 유입수가 이동되게 하는 이동유로 및 상호 대칭 구조로 상기 이동유로의 양단에서 각각 연장되고 방사형으로 분배되면서 각 전극의 테두리를 따라 복수의 출구가 노출되게 구성되어 각 전극 주위로 유입수가 토출되게 하는 분배유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리수와 농축수의 배출 경로 분리에 의해 회수율이 향상된 CDI장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 하부커버는,
   상기 듀얼 전극의 각 중공과 대면하게 되는 부위에 각각 관통 형성되고 상기 내부공간을 향하는 내측면에서 상기 분배유로와 연통되는 제 2유입공을 더 포함하며,
   상기 제 1유입공 및 제 2유입공은,
   개폐막이 형성되고 상기 개폐막의 제거를 통해 상기 제 1유입공 또는 제 2유입공 중 선택된 어느 하나를 통해 유입수가 상기 내부공간으로 유입되게 하는 것을 특징으로 하는 처리수와 농축수의 배출 경로 분리에 의해 회수율이 향상된 CDI장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 상부커버는,
   중심측으로부터 이격된 위치에서 상호 대칭 구조로 관통 형성되는 처리수배출공과 농축수배출공 및 상기 내부공간을 향하는 내측면에서 상기 처리수배출공 및 농축수배출공과 연통하고 내부공간에 수용된 CDI전극부에서 처리되는 처리수 또는 농축수가 균등하게 배출되도록 하는 배출유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리수와 농축수의 배출 경로 분리에 의해 회수율이 향상된 CDI장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 배출유로는,
   중심부에 형성되는 수집홈과, 내부공간에 수용되는 듀얼 전극의 각 중공과 대면하는 부위에 각각 형성되는 한 쌍의 연통홈과, 상호 대칭을 이루며 상기 수집홈에 각 연통홈이 연통되게 하는 한 쌍의 제 1배출유로 및 상호 대칭을 이루며 상기 수집홈에 상기 처리수배출공과 농축수배출공이 각각 연통되게 하는 한 쌍의 제 2배출유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리수와 농축수의 배출 경로 분리에 의해 회수율이 향상된 CDI장치.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 한 쌍의 연통홈 각각은 상기 수집홈을 중심으로 일측 및 타측에서 동일한 거리로 이격되며, 상기 처리수배출공과 농축수배출공은 각 연통홈의 일측 및 타측에서 동일한 거리로 이격되는 대칭 구조를 가지며,
   상기 한 쌍의 제 1배출유로 및 한 쌍의 제 2배출유로는 각각 상호 간 교차각이 직각을 갖도록 평면상 대각선 방향으로 대칭을 이루면서 곡선형 홈 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 처리수와 농축수의 배출 경로 분리에 의해 회수율이 향상된 CDI장치.
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 상부커버는 상기 연통홈이 상기 상부커버를 관통되게 하거나 상기 처리수배출공 및 농축수배출공이 밀폐되게 하는 개폐막을 더 포함하고,
   상기 처리수배출공 및 농축수배출공과 상기 연통홈은 상기 개폐막을 통해 상기 처리수배출공 및 농축수배출공 또는 연통홈 중 어느 하나를 통해 처리수 또는 농축수가 배출되게 하는 것을 특징으로 하는 처리수와 농축수의 배출 경로 분리에 의해 회수율이 향상된 CDI장치.

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