KR102685808B1 - 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치 - Google Patents

흐름 전극 축전식 탈이온화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치는 탈이온화 대상인 원수가 유입되는 원수 유입부와, 상기 원수가 배출되는 원수 배출부와, 전극 유체가 유입되는 전극 유체 유입부와, 전극 유체 배출부가 형성된 하우징과, 상기 하우징 내부에 수용되고, 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛이 제1 방향을 따라 상호 대향하게 이격된 상태로 배치되고, 상기 전극 유체 유입부를 통해 상기 전극 유체를 공급받고, 상기 전극 유체 배출부를 통해 상기 전극 유체를 배출하는 카트리지 어레이 모듈과, 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛이 상기 제1 방향으로 교대로 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛과, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛을 형성하도록, 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 각 전극판에 교대로 연결되는 양 전원 라인과 음 전원 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

흐름 전극 축전식 탈이온화 장치{FLOW-ELECTRODE CAPACITIVE DEIONIZATION APPARATUS}
본 발명은 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흐름 전극 축전식 탈이온화를 이용한 수처리에 적용되는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치에 관한 것이다.
최근 세계 각국은 대기환경 오염 및 지구온난화 문제를 해결하기 위해 청정대체 에너지 개발에 노력을 기울이고 있으며 특히 최근에는 전해질 농도차를 이용한 해양 발전이 새로운 화두로 크게 대두되고 있다.
이와 함께 다양한 대체 에너지를 통해 생성된 전기에너지를 저장할 수 있는 대용량 전력저장기술 개발은 미래 녹색산업기반의 핵심으로 대두되고 있다. 이러한 미래 전력저장 기술의 대부분은 Li 이온 전지 방식 또는 이온의 흡착(충전) 및 탈착(방전) 원리를 이용한 슈퍼캐패시터(Super capacitor)와 같은 방식으로, 세계 각국은 소재부품의 충방전 특성의 개선을 통한 고효율 컴팩트화와 대용량화를 위해 많은 연구개발 노력을 진행 중이다.
한편, 최근에는 수질오염 및 물 부족에 대비한 정수 또는 폐수처리, 해수담수화와 같은 수처리 분야에서도 이와 동일한 원리를 이용하여 기존의 증발법이나 역삼투압(RO)법에 비해 매우 낮은 에너지 비용만으로 수처리가 가능한 공정, 즉 축전식 탈이온화(Capacitive Deionization: CDI) 공정 개발이 진행 중이다.
이러한 동일 원리를 이용한 전력저장과 수처리 시스템에 있어 가장 큰 문제는 대용량화시 효율 저하와 고가의 장치 비용이다. 즉 스케일업을 위한 전극의 대면적화, 이에 따른 전극 내 전기장 분포의 불균일, 집전체에 코팅되는 박막 전극의 제한된 활물질량, 코팅과정에서 바인더에 의한 활물질과 전해질의 접촉면적 감소 및 충방전 효율 저하 등으로 다수의 단위셀 스택화가 필요하고, 이에 따른 장치의 고가화, 특히 CDI(Capacitive Deionization) 공정의 경우 스택(stack) 내 물(전해질) 흐름의 압력손실에 의한 운전비용의 증가가 문제점으로 지적되고 있다.
최근에, 흐름 전극 축전식 탈이온화(FCDI)으로 불리는 새로운 GDI 접근법이 제안되고 있다. 일 예로 한국등록특허 제10-1233295호, 제10-1318331호가 그 예이다.
흐름 전극 축전식 탈이온화 기술의 경우, 대용량화를 위해서 전극 면적을 늘리는 등의 설계가 필요하므로, 설치 공간을 감소시면서도 전극 용량을 증대할 수 있고, 흐름 전극과 유입수의 접촉 면적을 최대화할 수 있으며, 구조의 간소화가 가능한 흐름 전극 축전식 탈이온화 기술의 개발이 요구되고 있다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 설치 공간을 감소시키면서도 전극 용량을 증대할 수 있고, 흐름 전극과 원수의 접촉 면적을 최대화할 수 있으며, 구조의 간소화가 가능한 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 흐름 전극 축전식 탈이온화를 구현하는데 있어, 양극 또는 음극 유닛의 교체 및 관리가 용이하고, 사이즈의 조절이 용이한 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 탈이온화 대상인 원수의 유동 공간을 포함하는 모듈화된 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치에 있어서, 탈이온화 대상인 원수가 유입되는 원수 유입부와, 상기 원수가 배출되는 원수 배출부와, 전극 유체가 유입되는 전극 유체 유입부와, 전극 유체 배출부가 형성된 하우징과, 상기 하우징 내부에 수용되고, 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛이 제1 방향을 따라 상호 대향하게 이격된 상태로 배치되고, 상기 전극 유체 유입부를 통해 상기 전극 유체를 공급받고, 상기 전극 유체 배출부를 통해 상기 전극 유체를 배출하는 카트리지 어레이 모듈과, 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛이 상기 제1 방향으로 교대로 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛과, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛을 형성하도록, 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 각 전극판에 교대로 연결되는 양 전원 라인과 음 전원 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치에 의해서 달성된다.
여기서, 각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛은 판면에 제1 이온 통과공이 형성된 제1 케이스와, 판면에 제2 이온 통과공이 형성되고, 내부에 전극 유체가 유동하기 위한 흐름 전극 채널이 형성되도록 상기 제1 케이스와 결합되는 제2 케이스와, 상기 제1 케이스의 판면에 부착되어 상기 제1 이온 통과공을 차단하는 제1 이온 투과막과, 상기 제2 케이스의 판면에 부착되어 상기 제2 이온 통과공을 차단하는 제2 이온 투과막과, 상기 흐름 전극 채널 내부에 배치되는 전극판과, 상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스의 판면 상부 측에 측면 방향으로 상호 이격되고, 상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스를 전후 방향으로 관통하여 형성되는 한 쌍의 전극 유체 유입관과, 상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스의 판면 하부 측에 측면 방향으로 상호 이격되고, 상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스를 전후 방향으로 관통하여 형성되는 한 쌍의 전극 유체 배출관을 포함하며; 각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 중 상호 대응하는 위치의 전극 유체 유입관들은 상기 제1 방향으로 상호 연결되어 각각 제1 내부 유입관 및 제2 내부 유입관을 형성하고; 각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관 중 상호 대응하는 위치의 전극 유체 배출관들은 상기 제1 방향으로 상호 연결되어 각각 제1 내부 배출관 및 제2 내부 배출관을 형성하고; 양극의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 전극 유체 유입관 중 상기 제1 내부 유입관을 형성하는 전극 유체 유입관에 전극 유체 유입공이 형성되고, 음극의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 전극 유체 유입관 중 상기 제2 내부 유입관을 형성하는 전극 유체 유입관에 전극 유체 유입공이 형성되고; 양극의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 전극 유체 배출관 중 상기 제1 내부 배출관을 형성하는 전극 유체 배출관에 전극 유체 배출공이 형성되고, 음극의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 전극 유체 배출관 중 상기 제2 내부 배출관을 형성하는 전극 유체 배출관에 전극 유체 배출공이 형성되며; 상기 제1 내부 유입관 및 상기 제2 내부 유입관은 상기 전극 유체 유입부와 연결되어 상기 전극 유체를 공급받고, 상기 제1 내부 배출관 및 상기 제2 내부 배출관은 상기 전극 유체 배출부와 연결되어 상기 카트리지 어레이 모듈을 경유한 상기 전극 유체가 배출될 수 있다
그리고, 상기 원수 유입부는 상기 하우징의 하부 측에 마련되고; 상기 원수 배출부는 상기 하우징의 상부 측에 마련되어; 상기 하우징의 하부 측에서 상기 원수 유입부를 통해 유입되는 원수가 상부 측으로 유동하여 상기 원수 배출부를 통해 배출될 수 있다.
또한, 상기 원수 유입부는 외부의 원수 공급원과 연결되는 원수 연결부와; 상기 원수 연결부로부터 상기 하우징 내부로 연장되고, 외부로 연통되는 다수의 분산공이 형성되는 원수 분산관을 포함할 수 있다.
그리고, 양극의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 제1 이온 투과막 및 제2 이온 투과막은 음이온 교환막이 적용되고, 음극의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 제1 이온 투과막 및 제2 이온 투과막은 양이온 교환막이 적용될 수 있다.
그리고, 상기 전극 유체 유입부는 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 중 최 전방에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 각각에 연결되어 상기 제1 내부 유입관 및 상기 제2 내부 유입관으로 상기 전극 유체를 공급하며; 상기 전극 유체 배출부는 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 중 최 후방에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관 각각에 연결되어 상기 제1 내부 배출관 및 상기 제2 내부 배출관을 통해 유동하는 상기 전극 유체를 배출시킬 수 있다.
그리고, 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 중 최 후방에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 후방은 차단되고; 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 중 최 전방에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관 전방은 차단될 수 있다.
그리고, 각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 및 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관은 각각 상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스로부터 전방 및 후방을 향해 돌출되고; 후방 측에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 및 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관과 전방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 및 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관 중 어느 일측으로 타측으로 삽입되어, 상기 제1 내부 유입관, 상기 제2 내부 유입관, 상기 제1 내부 배출관 및 상기 제2 내부 배출관을 형성할 수 있다.
그리고, 각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 및 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관의 전방 및 후방으로 돌출된 길이에 의해, 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 간의 간격이 결정될 수 있다.
그리고, 각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 상기 제1 케이스에는 측면에 상하 방향으로 전방을 향해 돌출된 한 쌍씩의 후크부가 형성되고, 상기 제2 케이스에는 상기 후크부에 대응하는 위치에 후크홈에 형성되어, 후방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 및 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관이 전방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 및 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관에 결합될 때, 상기 후크부가 상기 후크 홈에 끼워져 후방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛과 후방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛이 상호 이격된 상태로 상호 결합될 수 있다.
그리고, 상기 제1 이온 통과공 및 상기 제2 이온 통과공은 각각 상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스의 판면에 복수 개 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 이온 투과막은 상기 흐름 전극 채널의 외부 측에서 상기 제1 케이스의 전면에 부착되며; 상기 제2 이온 투과막은 상기 흐름 전극 채널의 외부에서 상기 제2 케이스의 배면에 부착될 수 있다.
그리고, 상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스 중 적어도 하나는 내측 판면으로부터 상기 전극판을 향해 돌출된 역 V자 형상의 복수의 분산 가이드 리브를 포함하며; 상기 전극 유체 유입공을 통해 유입되는 상기 전극 유체는 각각의 상기 분산 가이드 리브에 의해 가이드되어 상기 흐름 전극 채널 내부에서 측면 방향으로 분산되면서 하부 방향으로 유동할 수 있다.
그리고, 상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스 중 적어도 하나는 내측 판면의 하부 영역으로부터 상기 전극판을 향해 돌출되고, 상기 전극 유체 배출공을 향해 하향 경사지게 형성된 배출 가이드 리브를 포함하며; 상기 흐름 전극 채널 내부에서 하부 방향으로 유동하는 상기 전극 유체는 상기 배출 가이드 리브에 의해 가이드되어 상기 전극 유체 배출공 방향으로 유동할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따라, 본 발명에 따르면 탈이온화 대상인 원수의 유동 공간을 하우징이 제공함으로써, 모듈화된 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치가 제공된다.
또한, 카트리지 어레이 모듈을 구성하는 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛과 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛을 각각 카트리지 타입의 모듈 형태로 구성하여, 원수와의 접촉 면적을 최대화시켜, 공정 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고, 대면적의 카트리지 형태로 제작하여 대면적화에 기여함과 동시에, 설치 공간을 감소시키는 효과도 동시에 달성할 수 있다.
그리고, 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛과 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛을 각각 모듈화하여, 개별 관리가 용이하여, 조립, 설치 및 유지보수에도 적합한 효과가 제공된다.
또한, 흐름 전극용 카트리지 유닛 간의 간격을 조절하여, 원수가 유동하는 유로의 간격을 용이하게 조절 가능한 효과가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치의 전방 사시도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치의 후방 사시도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치의 일부 분해 사시도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 카트리지 어레이 모듈의 전방 사시도이고,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 카트리지 어레이 모듈의 후방 사시도이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 카트리지 어레이 모듈의 일부 분해 사시도이고,
도 7은 도 6의 A-A 선에 따른 단면도이고,
도 8은 도 6의 B-B 선에 따른 단면도이고,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극용 카트리지 유닛의 분해 사시도이고,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극용 카트리지 유닛의 제1 케이스 및 제2 케이스의 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치(1)의 전방 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치(1)의 후방 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치(1)의 일부 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치(1)는 하우징(80), 카트리지 어레이 모듈(10), 양 전원 라인 및 음 전원 라인을 포함하여 구성될 수 있다.
하우징(80)은 대략 직육면체 형태를 가지며, 내부에 수용 공간(80a)이 형성된다. 일 실시예로, 하우징(80)의 상부는 개방된 상태로 유지될 수 있나, 별도의 상부 커버(미도시)로 차단될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하우징(80)은 원수 유입부(810) 및 원수 배출부(820)를 포함하여 구성될 수 있다.
원수 유입부(810)로는 탈이온화 대상인 원수가 하우징(80) 내부로 유입될 수 있다. 여기서, 원수 유입부(810)에는 원수의 공급을 위한 원수용 외부 유입관(41)이 연결될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 원수 유입부(810)가 하우징(80)의 하부 측에 설치되는 것을 예로 한다.
일 실시예로, 원수 유입부(810)는 원수 연결부(811)와, 원수 분산관(812)을 포함하여 구성될 수 있다. 원수 연결부(811)는 원수용 외부 유입관(41)이 연결되어, 원수용 외부 유입관(41)을 통해 외부의 원수 공급원과 연결될 수 있다.
원수 분산관(812)은 원수 연결부(811)로부터 하우징(80) 내부로 연장될 수 있다. 그리고, 원수 분산관(812)에는 내부와 외부를 연통하는 다수의 분산공(813)이 형성될 수 있다. 여기서, 분산공(813)은 원수 분산관(812)의 길이 방향을 따라 상호 이격된 상태로, 측면으로 다수개가 형성되는 것을 예로 한다.
상기 구성에 따라, 원수 연결부(811)를 통해 유입된 원수는 원수 분산관(812)을 따라 유동하는 과정에서 각각의 분산공(813)을 통해 원수 분산관(812) 외부로 배출됨으로써, 하우징(80)의 하부 측에서 분산되어 고르게 배출 가능하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 원수 배출부(820)는 원수 유입부(810)를 통해 하우징(80) 내부로 유입된 원수가 하우징(80) 외부로 배출된다. 여기서, 원수 배출부(820)는 하우징(80)의 상부 측에 원수 유입부(810)의 반대측에 설치되는 것을 예로 한다.
일 실시예로, 원수 배출부(820)는 원수용 외부 배출관(51)과 연결되어, 하우징(80) 내부를 유동한 원수를 하우징(80) 외부로 배출하게 된다.
상기 구성에 따라, 하우징(80)의 하부 측으로 유입되는 원수는 상향류를 형상하며 하우징(80)의 상부 측으로 유동하게 되고, 카트리지 어레이 모듈(10)을 구성하는 후술할 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)들 사이를 유동하면서 탈이온화된다. 그리고, 하우징(80)의 상부 측에서 원수 배출부(820)를 통해 하우징(80) 외부로 배출된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 하우징(80)은 전극 유체 유입부(830) 및 전극 유체 배출부(840)를 포함하여 구성될 수 있다.
전극 유체 유입부(830)는 하우징(80) 내부로 전극 유체를 유입시킨다. 여기서, 전극 유체 유입부(830)는 하우징(80) 내부의 카트리지 어레이 모듈(10)에 연결되어 카트리지 어레이 모듈(10)로 전극 유체를 공급하게 된다.
여기서, 전극 유체 유입부(830)는 카트리지 어레이 모듈(10)의 후술할 제1 내부 유입관(271) 및 제2 내부 유입관(272)과 연통되어, 제1 내부 유입관(271) 및 제2 내부 유입관(272)으로 전극 유체를 유동시키게 된다.
일 실시예로, 전극 유체 유입부(830)은 전극 유체를 공급하는 전극 유체 공급원(미도시)과 외부 유입관(40)을 통해 연결될 수 있다.
전극 유체 배출부(840)는 카트리지 어레이 모듈(10)을 통과한 전극 유체를 하우징(80) 외부로 배출시킨다. 여기서, 전극 유체 배출부(840)는 카트리지 어레이 모듈(10)의 후술할 제1 내부 배출관(281) 및 제2 내부 배출관(282)과 연통되어, 제1 내부 배출관(281) 및 제2 내부 배출관(282)을 통해 유동하는 전극 유체를 하우징(80) 외부로 배출시킨다. 일 실시예로, 전극 유체 배출부(840)는 외부 배출관(50)과 연결되어 전극 유체를 외부로 배출할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 전극 유체 유입부(830)가 하우징(80)의 상부 측에 설치되고, 전극 유체 배출부(840)가 하우징(80)의 하부 측에 설치되어, 카트리지 어레이 모듈(10)로 유입되는 전극 유체가 하향류 형태로 상부에서 하부 측으로 유동하는 것을 예로 한다.
따라서, 앞서 설명한 바와 같이, 원수가 상향류를 형성하고, 전극 유체가 하향류를 형성하여, 상호 대향류를 형성하게 되어, 탈이온 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 카트리지 어레이 모듈(10)의 전방 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 카트리지 어레이 모듈(10)의 후방 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 카트리지 어레이 모듈(10)은 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)이 제1 방향을 따라 상호 대향하게 이격된 상태로 배치된다.
하우징(80)의 전극 유체 유입부(830)은 카트리지 어레이 모듈(10)에 연결되어, 각각의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)에 전극 유체를 공급한다. 그리고, 하우징(80)의 전극 유체 배출부(840)은 카트리지 어레이 모듈(10)을 구성하는 각각의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)을 통과한 전극 유체를 카트리지 어레이 모듈(10) 외부로 배출시킨다.
양 전원 라인(60)과 음 전원 라인(70)은 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)이 제1 방향으로 교대로 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)과, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)을 형성하도록 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 후술할 전극판(240)에 교대로 연결되는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
상기 구성에 따라, 하우징(80) 내부에서 하부 측에서 상부 측으로 유동하는 원수는 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)과, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a) 사이를 유동하면서, 원수 내의 양 이온은 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)으로 이동되고, 음 이온은 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)으로 이동하여, 원수의 탈이온화가 가능하게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 카트리지 어레이 모듈(10)의 일부 분해 사시도이고, 도 7은 도 4의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 8은 도 4의 B-B 선에 따른 단면도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 분해 사시도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 제1 케이스(211) 및 제2 케이스(212)의 사시도이다.
이하에서는, 도 4 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 카트리지 어레이 모듈(10) 및 이를 구성하는 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)은 제1 케이스(211), 제2 케이스(212), 제1 이온 투과막(221), 제2 이온 투과막(222), 및 전극판(240)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 케이스(211)와 제2 케이스(212)는 전후방으로 결합되어, 내부에 흐름 전극 채널(230)을 형성한다. 여기서, 흐름 전극 채널(230) 내부로는 전극 유체가 유동하게 되는데, 전극판(240)으로의 전원 인가시 전극 유체가 흐름 전극을 형성하게 된다.
일 실시예로, 전극 유체는 내부에 활성탄과 같은 슈퍼 커패시터 슬러리가 분포되어, 전극판(240)을 통한 전원 인가시 흐름 전극을 형성함으로써, 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 외부를 유동하는 원수 내의 이온을 전기적 성질에 의해 포집하게 된다. 이 때, 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a) 내부로 이동한 이온은 슈퍼 커패시터 슬러리에 흡착되어 전극 유체와 함께 유동하게 된다.
한편, 제1 케이스(211)의 판면에는 제1 이온 통과공(2111)이 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 복수의 제1 이온 통과공(2111)이 제1 케이스(211)의 판면에 형성되는 것을 예로 한다. 일 실시예로, 제1 케이스(211)는 판면이 대략 직사각형 형상을 갖는 것을 예로 하며, 복수의 제1 이온 통과공(2111)이 외벽 창문 형태로 분산되어 형성되는 것을 예로 한다.
제2 케이스(212)의 판면에는 제2 이온 통과공(2121)이 형성될 수 있다. 제1 케이스(211)에 대응하게, 복수의 제2 이온 통과공(2121)이 제2 케이스(212)의 판면에 형성될 수 있다. 일 실시예로, 제2 케이스(212)의 판면은 제1 케이스(211)의 형상에 대응하여, 판면이 직사각형 형상을 갖는 것을 예로 하며, 복수의 제2 이온 통과공(2121)이 외벽 창문 형태로 분산되어 형성되는 것을 예로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 이온 투과막(221)은 제1 케이스(211)의 판면에 부착되어, 제1 이온 통과공(2111)을 차단한다. 그리고, 제2 이온 투과막(222)은 제1 케이스(211)의 판면에 부착되어 제2 이온 통과공(2121)을 차단한다.
일 실시예로, 제1 이온 투과막(221)은 제1 케이스(211)의 전방, 즉 흐름 전극 채널(230)의 외부에서 제1 케이스(211)에 부착되는 것을 예로 한다. 그리고, 제2 이온 투과막(222)은 제2 케이스(212)의 후방, 즉 흐름 전극 채널(230)의 외부에서 제2 케이스(212)에 부착되는 것을 예로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전극판(240)은 흐름 전극 채널(230) 내부에 배치된다. 여기서, 전극판(240)의 상부 측에는 외부로 연장되어 양 전원 라인(60) 또는 음 전원 라인(70)과 전기적으로 연결되는 전극 인출 라인(290)이 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 구성에 따라 전극판(240)으로 전원이 인가되면, 제1 이온 투과막(221) 및 제2 이온 투과막(222)을 통과한 이온이 제1 이온 통과공(2111) 및 제2 이온 통과공(2121)을 통해 제1 케이스(211) 및 제2 케이스(212) 내부로 이동하여, 전극 유체 내의 슈퍼 커패시터 슬러리에 흡착됨으로써, 원수의 탈이온화가 가능하게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 앞서 설명한 바와 같이, 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)과 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)이 교대로 이격된 상태로 배열되어 카트리지 어레이 모듈(10)을 형성한다.
여기서, 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)의 전극 인출 라인(290)은 양 전원 라인(60)과 연결되고, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)의 전극 인출 라인(290)은 음 전원 라인(70)과 연결된다.
여기서, 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)의 제1 이온 투과막(221) 및 제2 이온 투과막(222)으로는 음이온 교환막이 적용될 수 있다. 따라서, 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)의 양 전원 라인(60)을 통해 양극의 전원이 인가되면, 원수 내의 음 이온이 음이온 교환막을 통과하여 흐름 전극 채널(230) 내부로 이동하게 된다.
반면, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)의 제1 이온 투과막(221) 및 제2 이온 투과막(222)으로는 음이온 교환막이 적용될 수 있다. 따라서, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)에 음 전원 라인(70)을 통해 음극의 전원이 인가되면, 원수 내의 양 이온이 양이온 교환막을 통과하여 흐름 전극 채널(230) 내부로 이동하게 된다.
여기서, 본 발명의 실시예에서는 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)의 제1 이온 투과막(221) 및 제2 이온 투과막(222)으로 음이온 교환막이 적용되고, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)의 제1 이온 투과막(221) 및 제2 이온 투과막(222)으로는 양이온 교환막이 적용되는 것은 일 실시예에 불과하며, 이온의 극성과 무관하여 이온을 투과시키는 재질이면, 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)의 제1 이온 투과막(221) 및 제2 이온 투과막(222)이나, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)의 제1 이온 투과막(221) 및 제2 이온 투과막(222)으로 적용 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)은 한 쌍의 전극 유체 유입관(250)과 한 쌍의 전극 유체 배출관(260)을 포함하여 구성될 수 있다.
한 쌍의 전극 유체 유입관(250)은 제1 케이스(211)와 제2 케이스(212)의 판면 상부 측에 측면 방향으로 상호 이격된다. 그리고, 각각의 전극 유체 유입관(250)은 제1 케이스(211)와 제2 케이스(212)를 전후 방향으로 관통 형성된다.
한 쌍의 전극 유체 배출관(260)은 제1 케이스(211)와 제2 케이스(212)의 판면 하부 측에 측면 방향으로 상호 이격된다. 그리고, 각각의 전극 유체 배출관(260)은 제1 케이스(211)와 제2 케이스(212)의 후방 방향으로 관통 형성된다.
복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)이 카트리지 어레이 모듈(10)을 형성하기 위해 제1 방향으로 이격된 상태로 결합될 때, 한 쌍씩의 전극 유체 유입관(250) 중 상호 대응하는 위치의 전극 유체 유입관(250)들이 제1 방향으로 상호 연결되어, 각각 제1 내부 유입관(271) 및 제2 내부 유입관(272)을 형성하게 된다.
마찬가지로, 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)이 카트리지 어레이 모듈(10)을 형성하기 위해 제1 방향으로 이격된 상태로 결합될 때, 한 쌍씩의 전극 유체 배출관(260) 중 상호 대응하는 위치의 전극 유체 배출관(260)들이 제1 방향으로 상호 연결되어, 각각 제1 내부 배출관(281) 및 제2 내부 배출관(282)을 형성하게 된다.
여기서, 하나의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한 쌍의 전극 유체 유입관(250) 중 어느 하나에는 해당 전극 유체 유입관(250)과 흐름 전극 채널(230)을 연통시키는 전극 유체 유입공(251)이 형성된다. 마찬가지로, 하나의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한 쌍의 전극 유체 배출관(260) 중 어느 하나에는 해당 전극 유체 배출관(260)과 흐름 전극 채널(230)을 연통시키는 전극 유체 배출공(261)이 형성될 수 있다. 일 실시예로, 전극 유체 유입공(251)과 전극 유체 배출과는 각각 대각 방향에 위치하는 전극 유체 유입관(250) 및 전극 유체 배출관(260)에 형성될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 카트리지 어레이 모듈(10)은 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)과 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)이 제1 방향으로 교대로 배열된다.
여기서, 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)의 한 쌍의 전극 유체 유입관(250) 중 제1 내부 유입관(271)을 형성하는 전극 유체 유입관(250)에 전극 유체 유입공(251)이 형성될 수 있다. 그리고, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)의 한 쌍의 전극 유체 유입관(250) 중 제2 내부 유입관(272)을 형성하는 전극 유체 유입관(250)에 전극 유체 유입공(251)이 형성될 수 있다.
또한, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)의 한 쌍의 전극 유체 배출관(260) 중 제1 내부 배출관(281)을 형성하는 전극 유체 배출관(260)에 전극 유체 배출공(261)이 형성될 수 있다. 그리고, 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)의 한 쌍의 전극 유체 배출관(260) 중 제2 내부 배출관(282)을 형성하는 전극 유체 배출관(260)에 전극 유체 배출공(261)이 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성에 따라, 하우징(10)의 전극 유체 유입부(830)을 통해 제1 내부 유입관(271) 및 제2 내부 유입관(272)으로 각각 전극 유체가 유입되면, 제1 내부 유입관(271)을 통해 유동하는 전극 유체는 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)을 지나면서 전극 유체 유입관(250)에 형성된 전극 유체 유입공(251)을 통해 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)의 흐름 전극 채널(230) 내부로 유동하게 된다.
그리고, 제2 내부 유입관(272)을 통해 유동하는 전극 유체는 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)을 지나면서 전극 유체 유입관(250)에 형성된 전극 유체 유입공(251)을 통해 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)의 흐름 전극 채널(230) 내부로 유동하게 된다.
여기서, 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)의 전극판(240)에 양극의 전원이 인가되고, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)의 전극판(240)에 음극의 전원이 인가되면, 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)의 흐름 전극 채널(230)을 유동하는 전극 유체는 양극으로 하전되고, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)의 흐름 전극 채널(230)을 유도하는 전극 유체는 음극으로 하전된다.
또한, 양극 및 음극으로 하전되는 전극 유체가 서로 독립적으로 유동하는 경로를 형성하게 되는데, 각각의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)에 전극 유체를 공급하기 위한 별도의 유동 라인을 형성하지 않고, 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 자체 구조를 통해 전극 유체의 유동을 위한 유동 라인을 형성함으로써, 구조가 간소화되면서도 제품 전체 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 제공된다.
또한, 카트리지 어레이 모듈(10)을 구성하는 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)과 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)을 각각 카트리지 타입의 모듈 형태로 구성하여, 원수와의 접촉 면적을 최대화시켜, 공정 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고, 대면적의 카트리지 형태로 제작하여 대면적화에 기여함과 동시에, 설치 공간을 감소시키는 효과도 동시에 달성할 수 있다.
그리고, 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20)과 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a)을 각각 모듈화하여, 개별 관리가 용이하여, 조립, 설치 및 유지보수에도 적합한 효과가 제공된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 카트리지 어레이 모듈(10)을 구성하는 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a) 중 최 후방에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한쌍의 전극 유체 유입관(250) 후방은 차단된다.
그리고, 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a) 중 최 전방에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한 쌍의 전극 유체 배출관(260) 전방은 차단된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 카트리지 어레이 모듈(10)을 구성하기 위해, 최 전방측에 배치될 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a), 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20), 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20a), 그리고 최 후방측에 배치될 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)을 모듈화시켜 제작하는 것을 예로 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 각각의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한 쌍의 전극 유체 유입관(250) 및 한 쌍의 전극 유체 배출관(260)은 각각 제1 케이스(211) 및 제2 케이스(212)로부터 전방 및 후방을 향해 돌출되는 것을 예로 한다.
그리고, 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 제1 방향으로 상호 결합되어 카트리지 어레이 모듈(10)을 형성할 때, 상호 인접한 한 쌍의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한 쌍씩의 전극 유체 유입관(250) 및 한 쌍씩의 전극 유체 배출관(260)이 상호 결합되어, 제1 내부 유입관(271), 제2 내부 유입관(272), 제1 내부 배출관(281) 및 제2 내부 배출관(282)을 형성하게 된다.
일 실시예로, 후방 측에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한 쌍의 전극 유체 유입관(250)과 전방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한 쌍의 전극 유체 유입관(250) 중 어느 일측이 타측으로 삽입되어, 제1 내부 유입관(271) 및 제2 내부 유입관(272)을 형성할 수 있다.
마찬가지로, 후방 측에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한 쌍의 전극 유체 배출과 전방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한 쌍의 전극 유체 배출관(260) 중 어느 일측이 타측으로 삽입되어, 제1 내부 배출관(281) 및 제2 내부 배출관(282)을 형성할 수 있다.
즉, 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a) 간의 결합시, 전극 유체 유입관(250)끼리 전후 방향으로 삽입되고, 전극 유체 배출관(260)끼리 전후 방향으로 삽입되어 상호 연통되는 것을 예로 한다.
여기서, 각각의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한 쌍의 전극 유체 유입관(250) 및 한 쌍의 전극 유체 배출관(260)의 전방 및 후방으로 돌출된 길이에 의해, 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a) 간의 간격이 결정된다.
따라서, 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a) 간의 간격을 한 쌍의 전극 유체 유입관(250) 및 한 쌍의 전극 유체 배출관(260)의 전방 및 후방으로 돌출된 길이의 조절을 통해 모듈화하여, 원수가 유동하는 유로의 간격을 용이하게 조절 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)은 후크부(2112)와 후크홈(2122)을 포함하여 구성될 수 있다.
후크부(2112)는 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 제1 케이스(211)의 측면 양측에 상하 방향으로 한 쌍씩이 마련되는데, 전방을 향해 돌출된 형상을 갖는다. 그리고, 후크홈(2122)은 제2 케이스(212)에 후크부(2112)에 대응하는 위치에 형성된다.
상기 구성에 따라, 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)으로 카트리지 어레이 모듈(10)을 형성할 때, 후방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 후크부(2112)가 전방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)에 형성된 후크홈(2122)에 끼워져 전방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)과 후방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)이 상호 이격된 상태로 결합 가능하게 된다.
이 때, 앞서 설명한 바와 같이, 후방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한 쌍의 전극 유체 유입관(250) 및 한 쌍의 전극 유체 배출관(260)이 전방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 한 쌍의 전극 유체 유입관(250) 및 한 쌍의 전극 유체 배출관(260)이 결합되고, 후크부(2112)가 후크 홈에 끼워져 후방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)과 전방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)이 상호 이격된 상태로 상호 결합 가능하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 전극 유체 유입관(250)은 제1 케이스 유입관(2115), 제1 케이스 유입관(2115)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 케이스 유입관(2115)은 제1 케이스(211)의 내부 판면으로부터 제2 케이스(212)를 향해 돌출 형성될 수 있다. 그리고, 제2 케이스 유입관(2125)은 제2 케이스(212)의 내부 판면으로부터 제1 케이스(211)를 향해 돌출 형성될 수 있다.
상기 구성에 따라, 제1 케이스(211)와 제2 케이스(212)가 결합될 때, 제1 케이스 유입관(2115) 및 제2 케이스 유입관(2125)이 연결되어 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 전극 유체 유입관(250)을 형성하게 된다.
일 실시예로, 제1 케이스 유입관(2115)과 제2 케이스 유입관(2125) 중 어느 하나가 다른 하나에 끼워져 결합될 수 있도록, 제1 케이스 유입관(2115) 및 제2 케이스 유입관(2125)의 직경이 설계되는 것이 바람직하다. 여기서, 제1 케이스 유입관(2115) 및 제2 케이스 유입관(2125)에는 전극 유체 유입공(251)의 형성을 위한 절취부(미도시)가 형성되는 것은 당연하다.
본 발명의 실시예에 따른 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 전극 유체 배출관(260)은 제1 케이스 배출관(2116), 제1 케이스 배출관(2116)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1 케이스 배출관(2116)은 제1 케이스(211)의 내부 판면으로부터 제2 케이스(212)를 향해 돌출 형성될 수 있다. 그리고, 제2 케이스 배출관(2126)은 제2 케이스(212)의 내부 판면으로부터 제1 케이스(211)를 향해 돌출 형성될 수 있다.
상기 구성에 따라, 제1 케이스(211)와 제2 케이스(212)가 결합될 때, 제1 케이스 배출관(2116) 및 제2 케이스 배출관(2126)이 연결되어 흐름 전극용 카트리지 유닛(20,20a)의 전극 유체 배출관(260)을 형성하게 된다.
일 실시예로, 제1 케이스 배출관(2116)과 제2 케이스 배출관(2126) 중 어느 하나가 다른 하나에 끼워져 결합될 수 있도록, 제1 케이스 배출관(2116) 및 제2 케이스 배출관(2126)의 직경이 설계되는 것이 바람직하다. 여기서, 제1 케이스 배출관(2116) 및 제2 케이스 배출관(2126)에는 전극 유체 배출공(261)의 형성을 위한 절취부(미도시)가 형성되는 것은 당연하다.
한편, 제1 케이스(211)와 제2 케이스(212) 중 적어도 하나는 복수의 분산 가이드 리브(2113,2123)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 제1 케이스(211) 및 제2 케이스(212)에 각각 분산 가이드 리브(2113,2123)가 형성되는 것을 예로 하고 있다.
분산 가이드 리브(2113,2123)는 제1 케이스(211) 및 제2 케이스(212)의 내측 판면으로부터 전극판(240)을 향해 돌출된 역 V 자 형상을 갖는 것을 예로 한다. 이를 통해, 전극 유체 유입공(251)을 통해 유입되는 전극 유체는 각각의 분산 가이드 리브(2113,2123)에 의해 가이드되어 흐름 전극 채널(230) 내부에서 측면 방향으로 고르게 분산되면서 하부 방향으로 유동하게 된다.
따라서, 전극 유체가 하부 방향으로 유동하면서 고르게 분산되어, 흐름 전극 채널(230)을 유동하는 슈퍼 커패시터 슬러리가 고르게 분포되어, 사 영역(Dead zone) 없이 고르게 이온의 흡착을 유도할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 흐름 전극 채널(230) 내부에서 특정 영역에 슈퍼 커패시터 슬러리가 축적되어 막히는 현상 또한 방지할 수 있게 된다.
한편, 제1 케이스(211)와 제2 케이스(212) 중 적어도 하나는 배출 가이드 리브(2114,2124)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 제1 케이스(211)와 제2 케이스(212)에 각각 배출 가이드 리브(2114,2124)가 형성되는 것을 예로 하고 있다.
배출 가이드 리브(2114,2124)는 제1 케이스(211) 및 제2 케이스(212)의 내측 판면의 하부 영역으로부터 전극판(240)을 향해 돌출 형성될 수 있다. 그리고, 배출 가이드 리브(2114,2124)는 전극 유체 배출공(261)을 향해 하향 경사지게 형성될 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 흐름 전극 채널(230) 내부에서 하부 방향으로 유동하는 전극 유체가 배출 가이드 리브(2114,2124)에 의해 전극 유체 배출공(261) 방향으로 가이드되면서 유동함으로써, 보다 원활한 배출이 가능하게 된다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
1 : 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치
10 : 카트리지 어레이 모듈 20 : 흐름 전극용 카트리지 유닛
211 : 제1 케이스 2111 : 제1 이온 통과공
2112 : 후크부 2113,2123 : 분산 가이드 리브
2114,2124 : 배출 가이드 리브 2115 : 제1 케이스 유입관
2116 : 제1 케이스 배출관 212 : 제2 케이스
2121 : 제2 이온 통과공 2122 : 후크홈
2125 : 제2 케이스 유입관 2126 : 제2 케이스 배출관
221 : 제1 이온 투과막 222 : 제2 이온 투과막
230 : 흐름 전극 채널 240 : 전극판
250 : 전극 유체 유입관 251 : 전극 유체 유입공
260 : 전극 유체 배출관 261 : 전극 유체 배출공
271 : 제1 내부 유입관 272 : 제2 내부 유입관
281 : 제1 내부 배출관 282 : 제2 내부 배출관
290 : 전극 인출 라인 40 : 외부 유입관
50 : 외부 배출관 60 : 양 전원 라인
70 : 음 전원 라인 80 : 하우징
810 : 원수 유입부 811 : 원수 연결부
812 : 원수 분산관 813 : 분산공
820 : 원수 배출부 830 : 전극 유체 유입부
840 : 전극 유체 배출부

Claims (14)

  1. 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치에 있어서,
    탈이온화 대상인 원수가 유입되는 원수 유입부와, 상기 원수가 배출되는 원수 배출부와, 전극 유체가 유입되는 전극 유체 유입부와, 전극 유체 배출부가 형성된 하우징과,
    상기 하우징 내부에 수용되고, 복수의 흐름 전극용 카트리지 유닛이 제1 방향을 따라 상호 대향하게 이격된 상태로 배치되고, 상기 전극 유체 유입부를 통해 상기 전극 유체를 공급받고, 상기 전극 유체 배출부를 통해 상기 전극 유체를 배출하는 카트리지 어레이 모듈과,
    복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛이 상기 제1 방향으로 교대로 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛과, 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛을 형성하도록, 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 각 전극판에 교대로 연결되는 양 전원 라인과 음 전원 라인을 포함하고;
    상기 양 전원 라인 및 상기 음 전원 라인을 통한 전원 인가에 따라 상기 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛 및 상기 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛 각각을 통해 유동하는 전극 유체가 각각 양의 흐름 전극과 음의 흐름 전극을 형성하고, 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 사이사이로 유동하는 상기 탈이온화 대상인 원수에 포함된 음 이온 및 양 이온이 각각 상기 양극의 흐름 전극용 카트리지 유닛 및 상기 음극의 흐름 전극용 카트리지 유닛 내부로 유입되어 상기 전극 유체와 함께 상기 전극 유체 배출부로 배출되고;
    각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛은
    판면에 제1 이온 통과공이 형성된 제1 케이스와,
    판면에 제2 이온 통과공이 형성되고, 내부에 전극 유체가 유동하기 위한 흐름 전극 채널이 형성되도록 상기 제1 케이스와 결합되는 제2 케이스와,
    상기 제1 케이스의 판면에 부착되어 상기 제1 이온 통과공을 차단하는 제1 이온 투과막과,
    상기 제2 케이스의 판면에 부착되어 상기 제2 이온 통과공을 차단하는 제2 이온 투과막과,
    상기 흐름 전극 채널 내부에 배치되는 전극판과,
    상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스의 판면 상부 측에 측면 방향으로 상호 이격되고, 상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스를 전후 방향으로 관통하여 형성되는 한 쌍의 전극 유체 유입관과,
    상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스의 판면 하부 측에 측면 방향으로 상호 이격되고, 상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스를 전후 방향으로 관통하여 형성되는 한 쌍의 전극 유체 배출관을 포함하고;
    각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 중 상호 대응하는 위치의 전극 유체 유입관들은 상기 제1 방향으로 상호 연결되어 각각 제1 내부 유입관 및 제2 내부 유입관을 형성하고;
    각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관 중 상호 대응하는 위치의 전극 유체 배출관들은 상기 제1 방향으로 상호 연결되어 각각 제1 내부 배출관 및 제2 내부 배출관을 형성하고;
    양극의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 전극 유체 유입관 중 상기 제1 내부 유입관을 형성하는 전극 유체 유입관에 전극 유체 유입공이 형성되고, 음극의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 전극 유체 유입관 중 상기 제2 내부 유입관을 형성하는 전극 유체 유입관에 전극 유체 유입공이 형성되고;
    양극의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 전극 유체 배출관 중 상기 제1 내부 배출관을 형성하는 전극 유체 배출관에 전극 유체 배출공이 형성되고, 음극의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 전극 유체 배출관 중 상기 제2 내부 배출관을 형성하는 전극 유체 배출관에 전극 유체 배출공이 형성되며;
    상기 제1 내부 유입관 및 상기 제2 내부 유입관은 상기 전극 유체 유입부와 연결되어 상기 전극 유체를 공급받고, 상기 제1 내부 배출관 및 상기 제2 내부 배출관은 상기 전극 유체 배출부와 연결되어 상기 카트리지 어레이 모듈을 경유한 상기 전극 유체가 배출되는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원수 유입부는 상기 하우징의 하부 측에 마련되고;
    상기 원수 배출부는 상기 하우징의 상부 측에 마련되어;
    상기 하우징의 하부 측에서 상기 원수 유입부를 통해 유입되는 원수가 상부 측으로 유동하여 상기 원수 배출부를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈 이온화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 원수 유입부는
    외부의 원수 공급원과 연결되는 원수 연결부와;
    상기 원수 연결부로부터 상기 하우징 내부로 연장되고, 외부로 연통되는 다수의 분산공이 형성되는 원수 분산관을 포함하는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈 이온화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    양극의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 제1 이온 투과막 및 제2 이온 투과막은 음이온 교환막이 적용되고,
    음극의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 제1 이온 투과막 및 제2 이온 투과막은 양이온 교환막이 적용되는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극 유체 유입부는 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 중 최 전방에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 각각에 연결되어 상기 제1 내부 유입관 및 상기 제2 내부 유입관으로 상기 전극 유체를 공급하며;
    상기 전극 유체 배출부는 복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 중 최 후방에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관 각각에 연결되어 상기 제1 내부 배출관 및 상기 제2 내부 배출관을 통해 유동하는 상기 전극 유체를 배출시키는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 중 최 후방에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 후방은 차단되고;
    복수의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 중 최 전방에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관 전방은 차단되는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 및 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관은 각각 상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스로부터 전방 및 후방을 향해 돌출되고;
    후방 측에 배치된 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 및 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관과 전방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 및 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관 중 어느 일측으로 타측으로 삽입되어, 상기 제1 내부 유입관, 상기 제2 내부 유입관, 상기 제1 내부 배출관 및 상기 제2 내부 배출관을 형성하는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 및 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관의 전방 및 후방으로 돌출된 길이에 의해, 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛 간의 간격이 결정되는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    각각의 상기 흐름 전극용 카트리지 유닛의 상기 제1 케이스에는 측면에 상하 방향으로 전방을 향해 돌출된 한 쌍씩의 후크부가 형성되고, 상기 제2 케이스에는 상기 후크부에 대응하는 위치에 후크홈에 형성되어,
    후방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 및 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관이 전방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛의 한 쌍의 상기 전극 유체 유입관 및 한 쌍의 상기 전극 유체 배출관에 결합될 때, 상기 후크부가 상기 후크 홈에 끼워져 후방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛과 후방 측의 흐름 전극용 카트리지 유닛이 상호 이격된 상태로 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이온 통과공 및 상기 제2 이온 통과공은 각각 상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스의 판면에 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이온 투과막은 상기 흐름 전극 채널의 외부 측에서 상기 제1 케이스의 전면에 부착되며;
    상기 제2 이온 투과막은 상기 흐름 전극 채널의 외부에서 상기 제2 케이스의 배면에 부착되는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스 중 적어도 하나는 내측 판면으로부터 상기 전극판을 향해 돌출된 역 V자 형상의 복수의 분산 가이드 리브를 포함하며;
    상기 전극 유체 유입공을 통해 유입되는 상기 전극 유체는 각각의 상기 분산 가이드 리브에 의해 가이드되어 상기 흐름 전극 채널 내부에서 측면 방향으로 분산되면서 하부 방향으로 유동하는 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스 중 적어도 하나는 내측 판면의 하부 영역으로부터 상기 전극판을 향해 돌출되고, 상기 전극 유체 배출공을 향해 하향 경사지게 형성된 배출 가이드 리브를 포함하며;
    상기 흐름 전극 채널 내부에서 하부 방향으로 유동하는 상기 전극 유체는 상기 배출 가이드 리브에 의해 가이드되어 상기 전극 유체 배출공 방향으로 유동 가능한 것을 특징으로 하는 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치.
KR1020230127655A 2023-06-08 2023-09-25 흐름 전극 축전식 탈이온화 장치 KR102685808B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020039334A (ko) * 1999-09-03 2002-05-25 김희정 살균수 제조장치 및 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020039334A (ko) * 1999-09-03 2002-05-25 김희정 살균수 제조장치 및 방법

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