KR20010078427A - 농축 소금물 제조용 전기투석막 셀 유니트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수로부터 고농도의 소금물을 제조할 수 있는 전기투석막 셀 유니트의 구조에 관한 것이다. 본 발명 전기투석막 셀 유니트는 양쪽에 전극이 갖추어진 압착판이 있고, 이들 압착판 전극 사이에는 양이온교환막, 양단에 관통공이 형성된 탈염실 스페이서, 음이온교환막, 양단에 관통공이 형성된 농축실 스페이서, 양이온교환막 등을 교대로 위치시킨 구조로 되어 있다. 이들을 결합하면 스페이서의 프레임에 형성된 관통공에 의해 용액의 통로가, 홈에 의해서는 덮인 수로가 만들어 진다.

Description

농축 소금물 제조용 전기투석막 셀 유니트{Cell unit of electrodialysis membrane for producing the condensed brine}

본 발명은 농축 소금물 제조용 전기투석막 셀 유니트에 관한 것이다. 좀더 상세하게는 대향 배치된 전극과 이온교환막 및 스페이서로 이루어진 해수로부터 고농도의 소금물을 제조할 수 있는 전기투석막 셀 유니트에 관한 것이다.

전기분해로 해수를 담수화 하거나 고농도의 소금물을 제조할 수 있는 연속 급수식 전기투석장치는 전해조내에 대향 배치된 양전극과 음전극의 사이에 음이온교환막과 양이온교환막, 스페이서(spacer)로 이루어진 셀(cell)을 설치하고, 각 스페이서에는 용액이 이동할 수 있도록 공간통로를 만들어 주어 투석액이 이온교환막 표면을 따라 흐르면서 전기투석이 일어나도록 된 구조로 되어있다. 또 상기 전기투석장치와 같은 원리를 이용해서 해수로부터 유가 금속 및 산과 알카리를 제조할 수 있는 전해장치는 이온교환막은 사용하지 않지만 여러 개의 대응되는 전극을 스페이서로 분리한 전해실을 직열로 접속하고 전해액의 유입구와 유출구는 상기 전극 및 스페이서 결합체 상단 및 하단에 구멍을 뚫어서 만든 구조로 되어 있다.

이러한 선기술의 예로는 실용신안공고 제93-1243호를 들 수 있는데, 이 선기술에서는 전해조의 하부에 전해액의 유입구, 상부에는 전해액의 유출구를 각각 설치하고, 상기 한쌍의 음극판의 한쪽에는 유입구의 대응하는 위치에 개구부를, 다른쪽의 음극판에는 유출구의 대응하는 위치에 개구부를 설치하고, 양극판 및 스페이서에는 유입구 및 유출구의 대응하는 위치에 개구부를 설치한 것으로서 전극 반응면에 금속화합물 등을 석출시키는 일이 없고 종래대로의 효율로 해수를 전해할 수 있는 구조를 공개하고 있다. 그러나, 상기 선기술 고안은 음극 내지는 양극 및 스페이서 등의 크기를 모두 동일하게 하고, 그 상부 또는 하부에 구멍을 내어 전해액의 유입구 및 유출구 등으로 사용함으로써 전기가 이들 유입구 및 유출구를 통해서 용액과 함께 흘러 쓸데없는 누전이 발생하는 등 처리효율이 떨어지고, 장기간 운전을 할 경우는 장치에 무리가 생겨서 전극 등에 손상을 입는 문제점을 안고있다.

이에 본 발명자는 수년간의 연구 끝에 처리 효율이 높고 장시간의 운전에도 장치에 무리를 주지 않는 전기투석막 셀 유니트를 발명하게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 해수의 전기화학적 처리장치와 관련된다. 특히 고농축 소금물을 제조할 수 있는 전기투석장치의 구조와 관련된다.

본 발명의 목적은 개량된 구조의 고농축 소금물 제조용 전기투석막 셀 유니트를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 하나의 목적은 운전비용이 저렴하고 효율적이며 교환이 용이한 전기투석막 셀 유니트를 제공하는데 있다.

도 1은 탈염실 스페이서의 평면도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 농축실 스페이서의 평면도.

도 4는 도 3의 B-B선 단면도.

도 5는 본 발명 전기투석막 셀 유니트의 분해사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 탈염실 스페이서 2a: 급수공

3a: 스페이서 프레임 4a: 덮인 통로

5: 농축실 스페이서 7: 농축수로

8: 양이온 교환막 9: 음이온 교환막

10, 11: 압착판 12b: 급수관

13b: 배수관

본 발명 전기투석막 셀 유니트는 극성이 다른 전극이 갖추어진 2개의 압착판을 대향 배설하고, 이들 압착판 전극 사이에는 양이온교환막, 양단에 관통공이 형성된 탈염실 스페이서, 음이온교환막, 양단에 관통공이 형성된 농축실 스페이서, 양이온교환막을 교호로 배열한 구조로 되어 있다. 본 발명의 특징은 상기 이온교환막들의 크기는 스페이서들의 크기보다 작게 설계하고 용액의 유입구와 배출구는 스페이서의 프레임상에만 구멍 및 홈을 내어 배치함으로써 전기의 과소비 없이 해수의 전기투석을 효율적으로 행할 수 있다는 점에 있다. 전기투석막 장치는 이러한 셀 유니트를 수십개 내지는 수백개를 결합하여 만들게 되는데, 상기 탈염실 스페이서의 관통공과 농축실 스페이서의 관통공은 서로 결합하여 원수의 급수구와 처리수의 배출구를 형성하게 되고, 상기 급수구와 배출구는 최종적으로 압착판에 형성된 가늘고 긴 홈과 결합하여 밀폐 수로를 만든다. 또 상기 탈염실 스페이서 양단의 관통공으로부터 탈염실 내부까지는 홈이 형성되어 있어서 탈염실 스페이서와 농축실 스페이서를 결합시킬 때 덮인 수로를 형성하게 된다.

이하 본 발명을 도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 탈염실 스페이서의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도로서 탈염실 스페이서(1)와 농축실 스페이서(5)가 결합된 상태의 단면도이다. 탈염실 스페이서(1)에는 원수 급수공(2a)과 탈염액 배수공(2b)을 이루는 타원형의 관통공이 두 개 형성되어 있고, 상기 각 관통공으로부터 탈염실 셀 내부까지는 홈(점선부분)이 형성되어있어서 상기 탈염실 스페이서(1)을 농축실 스페이서(5)에 결합시키면 양측 스페이서 프레임(3a, 3b)은 서로 맞닿아서 밀폐되고, 그 안쪽의 홈은 덮인 공간이 되어 급수공(2a)과 셀, 셀과 배수공(2b)을 연통시키는 덮인 수로(4a)를 형성하게된다. 급수공(2a)으로 공급된 원수는 이 덮인 수로(4a)를 통해서 셀에 공급되고, 이온교환막에 작용하는 전기적 포텐셜에 의해 생성된 탈염수는 타방의 덮인 수로를 통해서 배수공(2b)으로 배출된다. 미설명 부호 4b는 이온교환막 단부가 놓이는 턱이다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 농축실 스페이서(5)는 투석액 급수공(2a)과 배수공(2b) 및 프레임 단부(6)에 별도의 공간으로 된 농축수로(7)를 가지며, 이온교환막의 지지판 역할과 함께 셀을 형성하게 된다. 상기 농축 셀에서 전기적 포텐셜에 의해 농축된 농축수는 상기 농축수로(7)를 통해 배출된다.

도 5는 본 발명의 실시예를 나타내는 분해사시도로서, 본 발명 전기투석막 셀 유니트는 전극이 부착된 압착판(10), 음이온교환막(9), 급수공(2a)과 배수공(2b) 및 덮인 수로(4a)가 형성된 탈염실 스페이서(1), 양이온교환막(8), 급수공(2a) 및 배수공(2b)과 농축수로(7)가 형성된 농축실 스페이서(5), 음이온교환막(9), 탈염실 스페이서(1), 양이온교환막(8), 전극이 부착된 압착판(11)으로 되어있다. 음이온교환막(9)을 차단벽으로 하여 탈염실 스페이서(1)와 양이온교환막(8), 농축실 스페이서(5)와 음이온교환막(9)을 하나씩 교호로 설치하면 각각 탈염실과 농축실 셀을 형성하게 되는데, 전기투석장치의 용량에 따라 이러한 셀 단위를 수십 내지 수백개 배열하여 하나의 전기투석막 집합체(membrane stack)로 조립할 수 있다. 결합 방법은 압착판(10)과 스페이서의 프레임, 압착판(11)을 관통하는 구멍을 내어서 볼트와 넛트를 이용한 공지의 조임 수단에 의해 액밀하게 고정 결합시켜 조립하는데, 위와 같은 조립으로 상기 탈염실 스페이서(1)와 농축실 스페이서(5)의 급수공(2a)과 배수공(2b)은 서로 합쳐지면서 압착판(10, 11)에 형성된 반 원통형의 급수관홈(12a) 및 배수관홈(13a)과 결합하여 원수의 유입 또는 처리수의 배출용 밀폐수로를 형성한다. 상기 압착판(10, 11)의 급수관홈(12a)과 배수관홈(13a)에는 급수관(12b)과 배수관(13b)이 각각 연결되어있다

산업용 전기투석막 장치의 스페이서 두께는 1.0∼1.2mm로 매우 작기 때문에구멍을 뚫어서 수로를 만드는 것은 기술적으로 매우 어려운 상황이다. 이러한 문제를 본질적으로 확실히 쉽게 해결해 주는 방법이 본 발명에서 개시되었는데, 본 발명의 우수성은 작은 통로를 갖고 있고, 결합시 덮힌 수로(4a)의 형성과 함께 관통되는 급수로(2a) 및 배수로(2b)를 갖게 되는 스페이서 부분을 제작하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명 전기투석막 셀 유니트는 다음과 같은 방법으로 작동된다. 원수는 급수관(12b), 급수관홈(12a) 및 급수공(2a)을 통해서 탈염실(1) 및 농축실(5)로 유입되고, 탈염실(1)에서 처리된 탈염액은 배수공(2b), 배수관홈(13a), 배수관(13b)을 통해 나오며, 농축실은 배수공(2b)으로 연결된 수로가 없이 용매의 전기 이동 방식에 의해 고농축 소금물로 채워지도록 되어 있어 고농축 소금물로 모두 채워지면 농축실 스페이서(5) 상단 일부에 위치한 통로(7)를 통해 배출된다.

시중에 나와있는 종래의 전기투석장치와 비교해서 본 발명 이온교환막의 활성표면은 다음과 같이 우수하다.

전기투석장치 막의 활성표면(%)

※ EXO 5000x200

(AEMZ-알마타 엘렉트로-메카니컬사) 68

※ CS-5

(일본 아사히 글라스사) 69

※ 본 발명제품 86

본 발명 전기투석막의 농축효율은 농축소금물 180-200g/ℓ 당 전력 소비량이33∼35 Wt·hr/g-eq인 반면, AEMZ-알마타 엘렉트로-메카니컬사의 그것은 26∼27 Wt·hr/g-eq, 일본 아사히글라스사의 그것은 26∼28 Wt·hr/g-eq인 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명 장치의 농축효율은 종래의 장치에 비해 27% 정도 효율이 증가함을 알 수 있다.

본 발명 전기투석막은 전술한 바와 같이 탈염실 스페이서와 농축실 스페이서 자체내에 결합에 의해 수로가 형성되도록 함으로써 공정의 높은 집약성을 보장해주고 불필요한 전기의 누전을 차단하여 작업효률 향상을 보장해준다. 본 발명 전기투석막 셀 유니트의 구조는 제작과 조립시 가장 간단하고 경제적이며 다양한 크기의 막과 셀을 위해 유용하다. 이것은 특별히 생산성이 높은 장치를 제작할 수 있게 해준다.

Claims (5)

1. 극성이 다른 전극이 갖추어진 2개의 압착판을 대향 배설하고, 이들 압착판 전극 사이에는 음이온교환막, 양단에 관통공이 형성된 탈염실 스페이서, 양이온교환막, 양단에 관통공이 형성된 농축실 스페이서, 음이온교환막 등을 교호로 배열한 구조로 되어 있고, 상기 탈염실 스페이서의 관통공과 농축실 스페이서의 관통공은 서로 결합하여 원수의 급수구와 처리수의 배출구를 형성하며, 또 상기 탈염실 스페이서 양단의 관통공으로부터 탈염실 내부까지는 홈이 형성되어 있어서 상기 탈염실 스페이서와 농축실 스페이서를 결합시킬 때 덮인 수로를 형성하게됨을 특징으로 하는 전기투석막 셀 유니트.
2. 제 1항에 있어서, 상기 농축실 스페이서는 급수공과 배수공 및 스페이서 일단부에 별도의 공간으로 된 농축수로를 갖고 있음을 특징으로 하는 전기투석막 셀 유니트.
3. 제 1항에 있어서, 상기 탈염실 스페이서와 양이온교환막, 농축실 스페이서와 음이온교환막은 하나씩 교호로 설치되어 각각 탈염실과 농축실 셀을 형성하게 됨을 특징으로 하는 전기투석막 셀 유니트.
4. 제 1항에 있어서, 상기 결합되는 음이온교환막과 양이온교환막의 크기는 셀스페이서의 크기보다 작아서, 용액의 급수구 및 배출구는 셀 스페이서의 프레임상에만 배하여짐을 특징으로 하는 전기투석막 셀 유니트.
5. 제 1항 내지 제 4항에 있어서, 상기 급수구와 배출구의 통로는 스페이서의 프레임상에만 관통공 및 홈을 내어 구성한 것임을 특징으로 하는 전기투석막 셀 유니트.