KR20050073791A - 투과막형 전기투석장치용 전기투석조와 셀 유니트 - Google Patents

Abstract

음, 양이온교환막들과 스페이서들이 동일한 직경을 갖는 원형 막판으로 형성되고, 중앙부에는 하나의 압박용 조립공들을 구비하고, 그 내부에 수 개의 내, 외측 통수공들을 구비하며, 스페이서들은 합성수지재로 되며 내, 외륜 사이에서 좁은 폭으로 나선수로와 나선격막을 구비하며, 상기 나선수로는 내, 외측 통수공들 중에서 어느 한 조의 내, 외측 통수공들과 연결되는 셀 유니트로 구성되고, 상기 셀 유니트를 중앙부에서 한 점 압착식으로 상하부 압박대 사이에 조립하며, 상하부에 각각 원수용액 입수수단과 투석용액 토출수단과 전류접속수단을 구비한 전기투석조로 구성함을 특징으로 하여, 전기투석조의 조립성를 향상시키고 부피를 컴팩트화 할 수 있으며, 음, 양이온교환막과 투석용액의 유효 접촉율이 높은 스페이서를 제공하며, 셀 유니트가 전면적에서 균일하게 밀액상태로 적층되며, 하나의 투석조 내에서 직, 병렬형 투석회로의 조합이 용이하며, 일 투석조내에서 다른 부재나 외형의 변경없이 직, 병렬형 투석회로의 조합이 가능하며, 제조원가가 저렴하면서도 투석효율이 높으며, 제반 용도의 전기투석장치에 범용성을 갖는 전기투석조 및, 전기투석조를 저렴한 가격과 간편한 조립성으로 긴밀하게 밀액시키는 밀액수단을 제공한다.

Description

투과막형 전기투석장치용 전기투석조와 셀 유니트{electrodialysis stack and sell unite for electrodialysis device of transmitted membrane type}

본 발명은 투과막형 전기투석(電氣透析: electrodialysis)장치용의 전기투석조(電氣透析槽:electrodialysis stack)와 이에 사용되는 셀 유니트(sell unite)에 관한 것이다.

알려진 바와 같이 투과막형 전기투석장치는 양이온(cation:Na+ 등)과 음이온(anion:Cl- 등)을 각각 선택적으로 투과시키는 성질의 음, 양이온교환막(ion exchange membrane)들을 구비한 전기투석조에 의하여, 이온교환막법으로 해수나 수돗물 또는 지하수로부터 순수(純水), 담수 및 전해수를 제조하는 설비나 제염(製鹽), 정수설비의 일부 장치로 사용되고, 또는 하수처리공정에서 폐수 중의 무기염류를 제거하는 설비에 사용되는 장치이다.

이러한 투과막형 전기투석장치는 사용용도(목적)와 용량에 따라서 다양한 종류가 제공되어 있으나, 기본적인 구성은 음, 양이온교환막을 일정 공간을 두고 교대로 배열하고, 상기 교대로 배열된 음, 양이온교환막들 사이의 공간들을 각각 원수용액(해수, 지하수 또는 전해질 용액)이 교호로 분리되어 통과하는 희석실 수로와 농축실 수로로 구비한 전기투석조와, 상기 전기투석조의 양단에 직류를 공급하는 직류공급장치로 구성된다.

상기한 구성의 투과막형 전기투석장치는, 전기투석조의 양단에 직류공급장치에 의하여 직류전류를 공급하면서, 원수용액을 일정 압력으로 전기투석조의 희석실 수로와 농축실 수로로 분리하여 연속적으로 통과시키면서, 이온교환막법에 의하여 희석실 수로를 통과하는 원수용액에서 음이온과 양이온을 각각 농축실 수로로 투과 분리시켜서, 농축액과 희석액을 각각 분리 생산하는 구성이다.

상기 투과막형 전기투석장치를 형성하는 전기투석조의 구성은 종류에 따라서 여러 구성요소들이 있으나, 중요한 일 구성요소로는 셀 유니트가 제공되어 있다.

이 셀 유니트는, 교대로 배열된 음, 양이온교환막들 사이의 공간들에 각각 교호로 분리 형성하는 희석실 수로와 농축실 수로를 구성함에 있어서, 외부로는 밀액되고 내부에는 막형의 수로를 갖는 일정 두께(약 1.0mm 내외)의 시트상의 스페이서(spacer)들로 형성하는 바, 이 스페이서들은 음, 양이온교환막들과 함께 3개 이상의 조합으로 셀 유니트를 구성하게된다.

상기 구성의 셀 유니트는 투석장치의 처리용량이나 용도에 따라서 탑(塔)형으로 적정 수량 적층한 후에, 상, 하부 압착판과 조임수단들에 의하여 밀액상태로 압착하여서 탑형 압착식 투석함체로 된 전기투석조를 형성한다.

상기한 투과막형 전기투석장치에 일 구성요소로 사용되는 탑형 압착식 전기투석조를 구성함에 있어서, 투석성능이 우수하면서도 동시에 제작이 용이하고 제조원가가 저렴한 실용적인 소형 전기투석조로 구성함에는 여러 기술적인 고려사항이 있다.

예컨대, 투과막형 전기투석조를 탑형 압착식으로 구성하는 일 필수 구성요소들인, 음, 양이온 교환막과 스페이서의 형태와 면적 및 그 조립구조, 원수용액 공급로 구조, 셀 유니트와 압착판재와의 압착구조 및 밀액구조, 전원공급장치의 구조 등은 실용적인 소형 전기투석조를 형성하기 위하여 요구되는 투석효율 및 장치의 제작성과 제조원가, 내구성, 이용성 및 동일형태의 셀 유니트를 이용한 용량과 용도 변경에의 범용성 등에 복합적으로 작용하는 중요한 기술적 고려사항이다.

투과막형 전기투석조를 탑형 압착식이면서 실용적이고 소형으로 구성함에는 장치의 구상과 설계 단계에서 상기한 여러 기술적 고려사항 중에서 대부분이 투석효율을 가장 비중있게 고려하면서 나머지 사항들을 선택적으로 적정하게 고려하게 된다.

이 전기투석조의 투석효율에 관계되는 중요한 구성요소 중의 하나는 음, 양이온 교환막과 스페이서로 이루어지는 셀 유니트 구성이다.

대부분의 투과막형 음, 양이온 교환막은 이온교환수지를 재료로 한 일정 두께(주로 0.5mm ~1.0mm 내외)의 시트상으로 제공되는 바, 일 전기투석조에 채택된 음, 양이온교환막이 갖는 최대 투석성능까지 투석효율을 높이기 위해서는 시간당 원수용액의 교환막 면접촉율을 최대치로 높여주는 수단이 요구된다.

이론적으로 시간당 원수용액의 교환막 면접촉율은 일정 조건내에서 시간당 원수용액의 통과속도에 반 비례하므로, 동일 면적의 음, 양이온교환막을 접촉하는 원수용액의 통과속도를 빠르게 하면 투석효율은 낮아지고 느리게 하면 높아진다.

그러나 투석효율을 높이기 위하여 시간당 원수용액의 통과속도를 느리게 하면 희석액 또는 농축액의 시간당 생산량이 낮아져서 실용성이 낮아진다.

투석장치의 용도에 적합한 소정의 투석효율을 가지면서 투석용액의 시간당 생산량이 높은 전기투석조를 구현하기 위한 일 방편으로는 단위 음, 양이온교환막의 규격을 평면적으로 넓게하는 방법이 고려될 수 있으나, 이 경우에는 넓은 평면 규격의 단위 음, 양이온교환막을 수용하기 위하여 전기투석조의 평면규격도 비대해지고, 탑형으로의 셀 유니트 적층 조립성과 밀액상태로의 압착성에 구조적인 문제점이 발생하고, 제작성과 내구성면에서 바람직하지 않고 제조원가도 높아지는 문제점이 발생한다.

상기한 제반 문제점들을 해결한 실용적인 소형 전기투석조를 형성하기 위한 일 방편으로서 최근에 셀 유니트의 개발이 적극적으로 시도되어 왔다.

최근에 제공되는 셀 유니트들은, 탑형으로의 적층 조립성 및 밀액상태로의 압착성이 높고, 동시에 제작성과 내구성이 양호한 구조로 형성하기 위하여 단위 음, 양이온교환막의 평면 규격을 작게 하면서도, 투석효율을 높이고 시간당 투석용액 생산량을 높이기 위하여 단위 음, 양이온교환막들을 수 십층으로 적층하고 시간당 원수용액의 투입량을 높이는 방법을 채택하고 있다.

셀 유니트를 평면 규격이 작은 단위 음, 양이온교환막을 수 십층으로 적층하여 형성하면, 이온교환면적을 원하는 면적까지 수직방향으로 증대시킬 수 있어서 원수용액이 여러 층의 셀 유니트를 반복적으로 통과하면서 점차적으로 투석되므로, 시간당 원수용액의 통과속도가 높아도 일 투석조에서 전체 시간당 원수용액의 교환막 면접촉율은 높아져서 희석액 또는 농축액의 투석효율이 높아지고 시간당 생산량도 높일 수 있는 것이다.

그러나 셀 유니트의 구성에서, 평면 규격이 작은 단위 음, 양이온교환막을 수 십층으로 적층하여 투과면적을 늘리고, 또한 원수용액의 통과속도를 높여서 일 투석조에서 전체 시간당 원수용액의 교환막 면접촉율은 높이는 수단을 사용하여도 투석효율은 희석실과 농축실의 구성에 따라서 상당한 영향을 받는다.

전술한 바와 같이 희석실과 농축실은 셀 유니트의 다른 구성요소인 스페이서로 형성되는 바, 이 스페이서는 각각의 희석실과 농축실에 대하여 일정 압력을 갖고 연속적으로 통과하는 원수용액의 흐름 특성을 제어하는 기능을 갖는다.

따라서 스페이서의 구성은 그 구조적 특성 여하에 따라서 대면된 음, 양이온교환막들의 이온교환 투과율을 좌우하여 투석효율에 상당한 영향을 끼친다.

한편 스페이서의 구성은 희석실과 농축실의 밀액효율에도 관계되는 중요한 구성요소로 작용하고, 전기투석조를 실용적인 소형으로 형성하기 위한 또 다른 필수구성요소들인 원수용액 공급라인 및 투석용액 토출라인 구조와, 전기투석조에의 셀 유니트 압착구조 및 밀액구조와, 직류공급장치의 접속구조 등과 함께 셀 유니트의 설계에 제약성을 부여하고, 투석장치 전체의 제작성과 제조원가, 내구성, 이용성 및 동일형태의 셀 유니트를 이용한 용량과 용도 변경을 위한 범용성 등에 복합적으로 작용하여 투과막형 전기투석장치 또는 탑형 압착식 전기투석조의 실용성을 좌우하고 있으나, 지금까지 제공된 전기투석조들과 셀 유니트 및 스페이서들은 그 특성과 제반 제작효율에 있어서 실용성이 결여되고 만족스럽지 못하였다.

상기 설명한 투과막형 전기투석장치와, 이 투과막형 전기투석장치용의 전기투석조와 셀 유니트 또는 탑형 압착식 소형 전기투석조를 구현하는 여러 필수 구성요소들에 관련한 여러 선 기술들은, 국내 공개특허 2001-78426호, 국내 공개특허 2001-81490호, 국내 특허등록 311911호 등에 제공되어 있다.

상기 국내 공개특허 2001-78426호(이하 선 발명 1이라 함)에는 해수 담수화장치의 전기투석막 셀 유니트의 구성이 개시되어 있다.

상기 선 발명 1의 구성에서 셀 유니트는 직사각형의 음, 양이온교환막과 스페이서로 구성되어 있다. 상기 스페이서는 양단에 관통공이 있는 4개의 돌기부가 있고, 그 중 2개의 돌기부에는 용액의 수로용 홈이 형성되어 있으며, 상기 홈으로 이루어진 급수로와 배수로는 대각선상에 위치하며, 내부는 넓은 공간으로 된 프레임 형태이다.

상기 스페이서와 조립되는 음, 양이온교환막들은 상기 스페이서 프레임의 내측단 둘레에 형성한 일정 두께의 단턱에 수용되는 규격으로 형성된 구성이다.

상기 한 구성의 선 발명 1의 셀 유니트들은 전체의 외곽 형태가 직사각형으로 형성되어 있어서 셀 유니트를 수 십장 조립하는 압착구조에 여러 개의 볼트 너트 등의 조임장치를 사용하는 구성이어서, 조립성과 밀액성이 낮은 단점이 있다.

또한 음, 양이온교환막들이 스페이서 프레임의 내측단 둘레에서 상하 단턱에 수용되는 구성이어서, 1mm 내와 두께의 스페이서 프레임에 상하로 단턱을 형성하는 것은 매우 높은 정밀 가공을 요하면서 제작이 어려울 뿐 아니라, 음, 양이온교환막과 스페이서 프레임 단턱의 압착으로 구획되는 농축실과 희석실 간의 분리 밀액효과도 기대하기 어렵다.

또한 스페이서 내의 수로가 장방형으로 형성되고 양단에서 대각선 방향으로 급수로와 배수로가 형성되어 있어서, 투석액과 음, 양이온교환막의 접촉면적은 넓지만, 투석액의 흐름이 대각선 방향으로 이루어져서 음, 양이온교환막의 전면적에서 균등한 투석효과를 얻을 수 없는 바, 단위 면적당 투석효율이 매우 낮은 문제점이 있다.

상기 국내 공개특허 2001-81490호(이하 선 발명 2라 함)에서는 해수 담수 정수기에 관한 기술이 개시되어 있다.

이 선 발명 2에서는 셀 유니트가 사각형의 음, 양이온교환막 사이에 희석실과 농축실로 사용되는 맴브레인필터가 조립되는 구성으로서, 상기 맴브레인필터는 주연테의 내측에 격자부가 형성되고 양측 돌출부에 두 개의 연통부가 형성된 구성이다. 상기 맴브레인 필터는 다수개의 횡방향 리브와 경사방향 리브가 마름모 격자형을 이루도록 일체로 배열되어 형성된 상하부 스크린막의 주연부가 접합되어 있으며, 주연테의 내측에 격자부가 형성되고, 양단부에 돌출부가 형성되어 있다.

상기 양측 돌출부에는 두 개의 원형 연통부가 각각 형성되어 있으며, 일측 연통부는 상기 격자부와 연통로에 의해 연통되고, 타측 연통부는 상기 격자부와 통하지 않도록 주연부가 막혀져 있다.

상기 맴브레인 필터의 연통로는 상하부 스크린막의 서로 마주한 내면에 다수개의 돌기가 형성되어 돌기 사이로 투석용액이 흐르도록 되어 있다.

상기 구성의 선 발명 2의 구성에서는 투석용액이 맴브레인 필터의 일측 연통부를 통하여 격자부로 유입되어 격자부를 통과하면서 격자부의 횡방향 리브와 경사방향 리브 및 사행상 리브와 경사방향 리브가 이루는 격자부에 의해 투석용액이 넓게 펼쳐지면서 얇은 막 형태로 세분화되어 이송하게 되기 때문에 음이온 교환 맴브레인과 양이온 교환 맴브레인과의 접촉면적을 대폭 증대시켜 투석효율을 증대시키도록 한 구성이다.

그러나 이 선 발명 2의 구성에 개시된 셀 유니트인 음, 양이온교환막과 맴브레인 필터의 외곽 형태도 직사각형으로 구성되어 있어서 셀 유니트를 수 십장 적층 조립하는 압착구조에 여러 개의 볼트 너트 등의 조임장치를 사용하는 구성이어서, 조립성과 밀액성이 낮은 단점이 있고,

또한 음, 양이온교환막들이 맴브레인 필터의 사이에서 별도의 간격 유지용 스페이서를 개재하여 조립되는 구성이어서 조립성과 압착 밀액성이 낮아서 농축실과 희석실 간의 분리 및 외측 둘레로의 밀액효과도 기대하기 어렵다.

또한 투석용액의 투석수로를 형성하는 맴브레인 필터의 구성이, 격자부의 횡방향 리브와 경사방향 리브 및 사행상 리브와 경사방향 리브가 이루는 격자부로 구성되어, 투석용액이 넓게 펼쳐지면서 얇은 막 형태로 세분화되어 이송하게 되기 때문에 음이온 교환 맴브레인과 양이온 교환 맴브레인과의 접촉면적을 대폭 증대시켜 투석효율을 증대시키는 효과는 있으나, 그 구조가 복잡하여 제작성이 낮은 문제점이 있다.

상기 국내 특허등록 311911호(이하 선 발명 3이라 함)는 정수 및 살균수제조장치에 관한 것으로서, 이 발명에서 개시된 셀 유니트의 외곽 형태는 직사각형이고, 스페이서는 투석수로는 넓은 마름모형이면서 그 내부에 투석용액의 고른 분산을 위한 유체흐름 분산망이 구비되며, 투석액이 입수되는 유입수 입구와, 투석액이 토출되는 유입수 출구가 양단에서 대각선상으로 구비되어 있는 구성이다.

따라서 이 선 발명 3의 구성에 있어서도 셀 유니트들은 전체의 외곽 형태가 직사각형으로 형성되어 있어서 셀 유니트를 수 십장 적층 조립하는 압착구조에 여러 개의 볼트 너트 등의 조임장치를 사용하는 구성이어서, 조립성과 밀액성이 낮은 단점이 있으며,

또한 스페이서 내의 수로가 넓은 마름모형이고 내부에 투석용액의 고른 분산을 위한 유체흐름 분산망이 구비되어 있어서, 이론적으로는 음, 양이온교환막과의 접촉면적이 넓게 형성되고 투석용액이 고루 퍼지면서 통과하여 투석효율이 높을 것으로 예상되지만, 실질적으로 투석용액의 흐름은 양단에 대각선상으로 형성된 유입수 입구와 유입수 출구 간을 잇는 대각선 궤적을 중심으로 만 원활하게 이루어지고 나머지 면적에서는 와류 및 정체 현상이 발생하여 음, 양이온교환막과의 유효 접촉면적은 내지는 투석효율이 매우 낮아지는 문제점을 갖고 있다.

상술한 여러 선 발명들에서 살펴본 바와 같이, 종래의 투과막형 전기투석장치에 개시된 셀 유니트의 구성들은 외곽형태가 직사각형이고 여러 개의 조임볼트와 너트를 사용하여 다점식으로 압착하는 구성이며, 스페이서의 투석수로 구조가 음, 양이온교환막과 넓은 면적으로 접촉되지만 유효 투석면적은 적게 형성되어 투석효율이 낮고, 스페이서와 음, 양이온교환막들의 적층구조부의 밀액성이 낮고 제작이 어렵고 고가인 문제점들을 공통적으로 갖고 있는 것이다.

또한 상술한 선 발명들 및 종래의 전기투석조들은 투석회로의 특성이, 이에 개시된 셀 유니트 또는 스페이서 자체 구조 및 투석실이나 투석수로를 구성하는 구성요소들의 구조적 특성에 의하여, 원수용액을 하나의 원수공급수로에서 각각 병렬회로로 공급받아 투석한 후에 하나의 병렬혈 배출수로로 모아서 배출하는 병렬형 투석회로로 구성되어 있어서, 단위 부피당 전기투석조의 투석효율은 고정되어 있는 바, 동일한 구성요소로는 용량 변경이나 투석용도 변경에 범용성이 없고 모듈화할 수 없으며, 새로운 사양으로 설계하여야 되는 문제점들이 있다.

상기한 문제점들은 투과막형의 소형 전기투석조로 형성함에 있어서 부피의 대형화와 제조원가의 상승 및 내구성이 낮아지는 등의 또 다른 문제점들을 유발하여 소형 전기투석조의 실용화에 중대한 장애 요인으로 작용하는 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 투과막형 전기투석장치 및 이에 사용되는 전기투석조와 셀 유니트의 문제점들을 해결하고자 제공되는 것으로서,

일 목적은 제작이 용이하고 조립성이 우수하며 전기투석조를 컴팩트화 할 수 있는 셀 유니트를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전기투석조의 셀 유니트에서 단위 평면적당 음, 양이온교환막과의 투석용액 접촉율을 현저히 증대시키고, 투석용액의 통과속도를 임의로 조절할 수 있으며, 한 투석조 내에서 직, 병렬형 투석회로의 조합이 가능한 셀 유니트를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 셀 유니트의 음, 양이온교환막과 스페이서를 신속 용이하고 적은 압착력으로 조립할 수 있는 셀 유니트 압착수단을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 투석수로 간의 밀액성과 외부로의 누수율이 낮은 셀 유니트와 전기투석조를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 셀 유니트의 조립성이 우수하고 원수용액의 공급수로 및 투석용액의 이동수로를 셀 유니트의 내부에서 확보할 수 있는 실용적인 소형 전기투석조를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제조원가가 저렴하면서도 투석효율이 우수하며, 내구성이 높고 투석회로 증감이 용이하며, 중, 대형용으로의 활용이 용이한 소형 전기투석조를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가격이 저렴하고 조립성이 간편하고 우수하면서도셀 유니트와 전기투석조의 외측면 둘레를 높은 밀액성으로 유지시킬 수 있는 전기투석조의 밀액수단을 제공함에 있다.

상기한 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 태양인 투과막형 전기투석조용 셀 유니트의 구성은, 서로 상반된 이온교환 극성을 갖고 교호로 설치되는 수 개의 원판형 음, 양이온교환막들과, 상기 음, 양이온교환막들의 사이에 밀접하게 개재되어 교호로 농축수로와 희석수로를 형성하는 합성수지재 A, B형 스페이서와, 전기투석조의 상하 전극판 내측면에 각각 설치되는 상, 하부 스페이서로 구성된다.

상기 음, 양이온교환막들은, 중앙부에는 압박봉에 끼워지는 원형 조립공과, 상기 원형 조립공의 둘레에서 일정 간격을 두고 각각 셀 유니트의 투석회로 형식에 따라 선택적으로 구비되는 수 개의 내측 통수공들과, 가장자리에서 원호상으로 일정 간격을 갖고 각각 셀 유니트의 투석회로 형식에 따라 선택적으로 구비되는 수 개의 외측 통수공들을 구비하는 구성이다.

상기 A, B형 스페이서들과 상, 하부 스페이서들은, 상기 음, 양이온교환막과 동일한 직경의 원판형이면서 일정 폭의 내륜과 외륜을 기본 부재로 구비하여, 상기 내륜의 중앙부에서 압박봉에 끼워지게 구비되는 원형 조립공과, 상기 내륜에서 각각 셀 유니트의 투석회로 형식에 따라 상기 음, 양이온교환막들에 구비된 내측 통수공들과 수선상의 동일한 위치에 선택적으로 구비되는 수 개의 내측 통수공들과, 상기 외륜에서 원호상으로 일정 간격을 갖고 각각 셀 유니트의 투석회로 형식에 따라 상기 음, 양이온교환막들에 구비된 외측 통수공들과 수선상의 동일한 위치에 선택적으로 구비되는 수 개의 외측 통수공들과, 상기 외륜과 내륜 사이에서 절반 두께를 갖고 방사형으로 연결되는 다 수의 격막지지살들과, 상기 격막지지살들에 지지되어 상기 외륜과 내륜 두께와 동일한 두께를 갖고 내륜의 일 외주단에서 외륜의 일 내주단에 걸쳐 형성되는 나선격막과, 상기 나선격막에 의하여 내륜의 일 외주단에서 외륜의 일 내주단에 걸쳐 형성되며, 상기 내, 외측 통수공들의 어느 한 조와 연결되는 일정 폭의 A, B측 투석수로용 나선수로를 구비한 셀 유니트로 구성함을 특징으로 한다.

상기한 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 태양인 투과막형 전기투석장치용 전기투석조의 구성은, 상기 일 태양의 음,양이온교환막들과 A, B형 스페이서와 상, 하부 스페이서들로 구성된 셀 유니트들을 여러 층 적층하여 밀액상태로 압착하여 수지탑으로 형성하는 상하부 압박대와 압착수단들과,

상기 상하부 압박대들에 각각 부설되어 직류공급장치로부터 인가되는 직류전압을 접속시키는 수단으로 구비되는 전류접속단자들과,

상기 전류접속단자들과 전기적으로 접속되고, 상기 셀 유니트의 상하단 스페이서들의 수로 전면적과 평면상으로 접속되며, 상기 상하부 압박대의 내측면에 밀착되는 상하부 전극판들과;

상기 하부 압박대의 가장자리 일 측에서 서로 간에 일정 간격을 두고 위치되어, 상기 셀 유니트의 희석실 수로와 농축실 수로와 각각 밀액 접속되게 상하로 관통된 A, B측 원수 입수구들과;

상기 상부 압박대의 가장자리 일 측에서 서로 간에 일정 간격을 두고 위치되어, 상기 셀 유니트의 희석실 수로와 농축실 수로와 세척액 수로와 각각 밀액 접속되게 상하로 관통된 A, B, E측 토출구를 구비하여 형성됨을 특징으로 한 투과막형 전기투석장치용 전기투석조로 구성함을 특징으로 한다.

상기한 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 태양인 투과막형 전기투석장치용 전기투석조의 밀액수단은, 상기 일 태양인 전기투석조의 외측면 둘레에서 셀 유니트의 외측면 둘레와 상기 상하부 압박대 간을 감싸 밀액시키는 열 수축성튜브로 구성함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 구성을 첨부된 여러 바람직한 실시예들에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2에는 본 발명에 의하여 제공하고자하는 일 실시예 소형 전기투석조(50)와 이에 조립되는 일 실시예 셀 유니트(600)(610)들이 적용되는 일 예 투과막형 전기투석장치의 정상투석모드(100a)와 역전투석모드(100b)의 구성이 도시되어 있다.

상기 일 예 전기투석장치의 정상투석모드(100a)와 역전투석모드(100b)의 구성에는, 본 발명에 의한 일 실시예 투과막형의 전기투석조(50)와, 직류공급장치 (44)를 구비하고, 상기 전기투석조(50)의 하단측으로는 투석하고자하는 원수용액의 공급라인이 연결되고, 상단측으로는 투석용액 토출라인과 배출라인이 연결된다.

도 3~6에 도시한 바와 같이 상기 일 실시예 전기투석조(50)의 구성은,

본 발명에서 제공하고자하는 다른 일 구성인 원통형의 셀 유니트(600)가 여러 단층으로, 원판형의 상하부 압박대(52)(51)의 사이에서 중앙부가 압박봉(53)에 끼워져 밀액구조로 압착 적층되어, 수직의 탑형을 형성하는 압착식 구성이다.

상기 일 실시예 전기투석조(50)에는 셀 유니트(600)를 밀액상태로 압착 조립시키는 압박수단들과 전류접속단자들과, 셀 유니트(600)에 원수용액의 공급라인과 연결시키는 원수배관 연결수단이 구비된다.

상기 압박수단은, 셀 유니트(600)의 상하단을 일정 압력으로 압착하는 일정 두께의 원판형 상하부 압박대(52)(51)가 기본 부재로 된다.

상기 상하부 압박대(52)(51)는 중앙부에는 압박봉(53)을 조립하기 위한 상하부 조립공(521)(511)들이 각각 관통형으로 구비되어, 상단이 나사부(533)로 형성되고 하단에 머리부(531)를 갖는 긴 길이의 보울트형 압박봉(53)이 상하부 오링(536) (532)과 와셔(535)를 개재하여 조임너트(534)에 의하여 밀액구조로 압착 조립된다.

상기 상하부 압박대(52)(51)의 하부 조립공(511)의 하단에는 압박봉(53)의 머리부(531)를 하부 오링(532)을 개재하여 수용하는 단턱홈(512)이 구비되고, 상기 상부 조립공(521)에는 상부 오링(536)이 안착되는 오링홈(522)이 구비된다.

상기 하부 압박대(51)에는, 원수용액 공급라인으로부터 셀 유니트(600)의 희석실과 농축실로 각각 분리하여 원수용액을 입수시키기 위한 연결수단으로서, A측 원수 입수구(51a)와 B측 원수 입수구(51b)가 가장자리에 구비된다.

상기 A측 원수 입수구(51a)를 6시 방향으로 할 때 B측 원수 입수구(51b)는 9시 방향에 위치한다.

상기 A측 원수 입수구(51a)는 후술하는 일 실시예 셀 유니트(600)(610)의 A형 스페이서들에 원수용액을 공급하는 A측 원수 입수로(Wa)(W2a)와 연결되고,

상기 B측 원수 입수구(51b)는 셀 유니트(600)(610)의 B형 스페이서들과 하부 스페이서들에 원수용액을 공급하는 B측 원수 입수로(Wb)(W2b)와 연결된다.

상기 상부 압박대(52)에는 가장자리로, 상기 A형 스페이서들에서 투석된 투석용액을 토출하는 A측 토출구(52a)가 6시 방향에, 상기 B형 스페이서들에서 투석된 투석용액을 토출하는 B측 토출구(52b)가 3시 방향에, 상기 상,하부 스페이서(SF)(SE)들에서 투석된 전극판 세척액을 토출하는 E측 토출구(52e)가 9시 방향에 각각 관통형으로 형성된다.

상기 전기투석조(50)의 상하 양단에 상기 직류공급장치(44)로부터 직류 전압을 연결하는 전류접속단자는 다음과 같이 구성된다.

전류접속단자는, 전기투석조(50)의 하부 압박대(51)의 상면과 상부 압박대 (52)의 저면에 대하여 각각, 후술하는 A, B형 스페이서(SA1~SA3)(SB1~SB3)들의 나선수로(616)(626)들의 면적을 수용하는 형태로 형성된 상하부 링홈(528)(518)들과,

상기 상하부 링홈(528)(518)에서 접착재에 의하여 상하부 압박대(52)(51)들의 내면과 평면상으로 부착되며 전도성과 내식성을 갖는 재질의 링형 상하부 전극판(56)(55)들과,

상기 상하부 링홈(528)(518)들의 일 측에서 내측단으로 각각 핀턱(525)(515)를 갖고 상하부 압박대(52)(51)에 관통되는 상하부 전극핀공(524)(514)들과,

상기 상하부 전극핀공(524)(514)들과 핀턱(525)(515)에, 오링(516)(526)을 개재하여 끼워지고, 링형 상하부 전극판(56)(55)들의 일 측 배면에 전기적으로 접속되는 상하부 접속편(581)(571)들을 하단에 구비하며, 전도성과 내식성을 갖는 재질로 된 상하부 전극핀(58)(57)들로 구성된다.

상기 상하부 전극핀(58)(57)들에는 직류공급장치(44)와 전선으로 각각 연결된 상하부 전극홀더(84)(83)들의 전극관(841)(831)들이 압박상태로 외삽된다.

미설명 부호 519는 상기 하부 압박대(51)의 상면에서, 상기 A측 원수 입수구(51a)를 6시 방향으로 할 때 12시 방향위치에 구비되는 일정 깊이의 수직선형 위치정열홈이고(도 3 참조),

미설명 부호 59는 셀 유니트(600)의 조립시에 상기 위치정열홈(519)에 끼워지는 조립위치정열봉으로서, 이 조립위치정열봉(59)은 셀 유니트의 구성요소들인 원판형의 음, 양이온교환막들과 A, B형 스페이서들 및 상,하부 스페이서들을 하부 압박대(51)의 상면에 적층 조립할 때에, 여러 종류이면서도 전체적인 형태는 유사한 각 유형을 구별하는 구성이면서, 원주상으로 정확한 위치에 조립되도록 안내하는 구성으로서, 셀 유니트(600)의 조립 후에는 제거되는 구성이다(도 3 참조).

미설명 부호 80a, 80b는 하부 압박대(51)의 A, B측 원수 입수구(51a)(51b)에 각각 나사 결합되어 원수 입수배관(31a)(31b)들을 연결하는 하부배관연결구이고, 미설명 부호 81a, 81b, 81e는 상부 압박대(52)의 A, B측 토출구(52a)(52b)와 E측 토출구(52e)들에 각각 나사 결합되어 A측 토출관(34a)과 B측 토출관(34b) 및 전극판 세척액 토출관(34e)을 연결하는 상부배관연결구들이다.

상기 전기투석조(50)의 하단 측에 연결되는 원수용액의 공급라인은, 원수공급원(30)으로부터 투석하고자 하는 원수용액이 원수공급관(31)에 의하여 원수 전처리장치(32)와 정압장치(33)를 거쳐서, 전기투석조(50)의 하부 압박대(51)에 구비된 A측 원수 입수구(51a)와 B측 원수 입수구(51b)에 각각 연결되는 2개의 A, B측 원수 입수배관(31a)(31b)으로 구성된다.

상기 원수공급원(30)은 투석하고자하는 원수용액의 종류에 따라서 상수도를 통한 직수원, 또는 해수나 전해수 및 폐수 등이 공급되는 배관라인이거나 또는 저장조의 어느 하나로 구성된다.

상기 원수 전처리장치(32)는 상기 원수공급원(30)으로부터 공급되는 원수용액에 대하여, 수질과 투석의 용도 및 투석기준에 따라서 전처리하는 장치로서,

이온교환막을 용해, 훼손시키거나 이온교환성을 저하시키는 현탁물질, 철분, 스케일, 용존 부유물 등을 걸러주는 필터링장치이다.

상기 정압장치(33)는 상기 원수공급원(30)으로부터 공급되는 원수용액의 공급압력을, 전기투석조(50)의 사용환경에 알맞는 입수압력으로 조정 내지는 가변 조절할 수 있는 정압밸브, 감압장치 등과 같은 압력조절장치이다.

상기 직류공급장치(44)는 전기투석조(50)의 상하 양단에 직류 전압을 인가하는 장치로서, 일 예 전기투석장치 정상투석모드(100a)에서는 전기투석조(50)의 양단에 공급하는 전압 극성을, 상단에는 양극(+)을 하단에는 음극(-)을 공급하는 정전압회로로 공급하고, 이와는 반대로 일 예 전기투석장치 역전투석모드(100b)에서는 상단에는 음극(-)을 하단에는 양극(+)을 공급하는 역전압회로로 공급하는 구성이다.

상기 전기투석조(50)의 일 구성요소인 셀 유니트(600) 구성은, 음, 양이온교환막들과 A, B형 스페이서들과 상,하부 스페이서들로 구성된다.

상기 셀 유니트(600)의 일 구성요소인 음, 양이온교환막들은, 본 발명의 일 실시예 전기투석조(50)에서, 양단에 인가되는 전압극성에 정전되는 특성에 의하여, 희석실의 투석회로를 통과하는 원수용액에 대하여 음, 양이온을 이웃한 상하 농축실로 분리 투과 농축시키는 고유의 이온교환수단과, 셀 유니트 투석회로를 직, 병렬형의 어느 형식으로 특정화하는 수단 및, 소형 압착식 전기투석조(50)를 구성하기 위한 원수 입수로, 투석액/세척액 이동수로 및 투석액 토출수로들을 구성하는 일부 구성수단을 동시에 구현하는 구성으로 제공된다.

본 발명의 일 실시예 음, 양이온교환막들은, 상기 상,하부 압박대(52)(51)들의 직경보다 다소 작은 규격의 원판막으로 형성되고 음, 양이온 교환극성이 교호로 배치되면서 그 사이마다, 후술하는 A, B형 스페이서들 중에서 투석회로의 특성에 따른 어느 한 형식의 스페이서를 개재하여 일정 수량 적층되는 구성으로서, 5가지 형식의 음이온교환막(MA1)(MA2)(MA3)(MA4)(MA5)과 3가지 형식의 양이온교환막 (MC1)(MC2)(MC3)으로 구성된다(도 7~14 참조).

상기 일 실시예의 음, 양이온교환막(MA1~MA5)(MC1~MC3)들에는 공통적인 구성요소로서, 상기 상하부 압박대(52)(51)의 사이에서 원형의 압박봉(53)에 끼워 적층 조립하기 위한 하나의 원형 조립공(73)이 중앙부에 형성되고, 가장자리의 12시 방향에는 조립위치정열봉(59)에 끼워서 평면상으로 조립위치를 정열하기 위한 원형의 조립정열공(74)이 구비된다.

한편 상기 음, 양이온교환막(MA1~MA5)(MC1~MC3)들에는, 이 후에 상세히 설명되는 A, B형 스페이서들과 상,하부 스페이서들과 상하로 밀접되게 적층되어서, 투석회로의 형식에 따른 여러 종류의 원수입수로, 투석액/세척액 이동수로 및 투석액 토출수로들 중에서 어느 한 구성을 형성하는 구성요소로서, 일정 폭과 길이를 갖는 원호 슬릿형의 내, 외측 통수공들이 구비된다.

상기 외측 통수공들은 상기 조립정열공(74)을 12시 방향 기준위치로 하였을 때, 가장자리의 3시, 6시, 9시 방향에서 상술한 전기투석조(50)의 상, 하부 압박대(52)(51)에 형성한 A측 원수 입수구(51a)와 B측 원수 입수구(51b) 및 A, B, E측 토출구(52a)(52b)(52e)들과 동일 수선 상에서 관통되는 구성으로서, 음, 양이온교환막들 각각에서 2개씩의 외측 통수공(71a)(71b)(72a)(72b)들이 투석회로의 형식에 따라서 선택적으로 구비된다.

상기 내측 통수공들은 상기 조립정열공(74)을 12시 방향 기준위치로 하였을 때, 상기 조립공(73)의 둘레에서 각각 3시, 6시, 9시 방향으로 동일 원호상에 형성되는 구성으로서, 형성하고자하는 투석회로의 형식에 따라서 음, 양이온 교환들 각각에서 3개씩의 내측 통수공(71c)(71e)(71d)(72c)(72e)(72d)들이 투석회로의 형식에 따라서 각각 선택적으로 구비된다.

상기한 구성요소들을 구비하는 음, 양이온교환막(MA1~MA5)(MC1~MC3)들의 구체적인 구성은 다음과 같다.

도 38 내지 도 40-3에 도시한 병렬형 투석회로로 구성되는 병렬형 셀 유니트(600)용은 5가지 형식의 음이온교환막(MA1,MA2,MA3,MA4,MA5)이 제공된다.

일 음이온교환막(MA1)은, 상기 조립정열공(74)을 12시 방향 기준위치로 하였을 때, 가장자리에서 3시, 6시 방향에 각각 형성된 2개의 외측 통수공(71a)(71b)과, 조립공(73)의 둘레에서 3시, 6시, 9시 방향에 각각 형성된 3개의 내측 통수공 (71c)(71e)(71d)을 구비한 병렬형 전용이다(도 7 참조).

다른 일 음이온교환막(MA2)은, 가장자리에서 6시, 3시 방향에 각각 형성된 2개의 외측 통수공(71a)(71b)을 구비하고, 조립공(73)의 둘레에서 3시, 6시 방향에 각각 형성된 2개의 내측 통수공(71c)(71e)을 구비한 병렬형 전용이다(도 8 참조).

다른 일 음이온교환막(MA3)은, 가장자리에서 3시 방향에 형성된 1개의 외측 통수공(71b)을 구비하고, 조립공(73)의 둘레에서 3시, 9시, 6시 방향에 각각 형성된 3개의 내측 통수공(71c)(71d)(71e)을 구비한 병렬형 전용이다(도 9 참조).

다른 일 음이온교환막(MA4)은, 가장자리에서 6시 방향에 형성된 1개의 외측 통수공(71a)을 구비하고, 조립공(73)의 둘레에서 9시, 6시 방향에 각각 형성된 2개의 내측 통수공(71d)(71e)을 구비한 구성으로 직/병렬 공용이다(도 10 참조).

도 41내지 도43-2에 도시한 다른 실시예인 직렬형 투석회로로 구성되는 직렬형 셀 유니트(610)용으로는 2가지의 형식의 음이온교환막(MA4)(MA5)이 제공된다.

일 음이온교환막(MA4)은 상기 병렬형에서 설명된 바와 같이 직,병렬형에 공용으로 사용되는 구성이다.

다른 일 음이온교환막(MA5)은, 가장자리에서 3시 방향에 형성된 1개의 외측 통수공(71b)을 구비하고, 조립공(73)의 둘레에서 3시, 6시 방향에 각각 형성된 2개의 내측 통수공(71c)(71e)을 구비한 직렬형 전용이다(도 11 참조).

도 38 내지 도 40a에 도시한 병렬형 투석회로로 구성되는 병렬형 셀 유니트 (600)용으로는 3가지의 형식의 양이온교환막(MC1)(MC2)(MC3)이 제공된다.

일 양이온교환막(MC1)은, 상기 조립정열공(74)을 12시 방향 기준위치로 하였을 때, 가장자리에서 3시, 6시 방향에 각각 형성된 2개의 외측 통수공(72b)(72a)과, 조립공(73)의 둘레에서 3시, 9시, 6시 방향에 각각 형성된 3개의 내측 통수공(72c)(72d)(72e)을 구비한 병렬형 전용이다(도 12 참조).

다른 일 양이온교환막(MC2)은, 가장자리에서 6시, 3시 방향에 각각 형성된 2개의 외측 통수공(72a)(72b)을 구비하고, 조립공(73)의 둘레에서 6시 방향에 형성된 1개의 내측 통수공(72e)을 구비한 직,병렬형 공용이다(도 13 참조).

다른 일 양이온교환막(MC3)은, 외측 통수공은 전혀 없고, 조립공(73)의 둘레에서 3시, 9시, 6시 방향에 각각 형성된 3개의 내측 통수공(72c)(72d)(72e)을 구비한 직/병렬형 공용이다(도 14 참조).

도 41 내지 도 도 43-2에 도시한 다른 실시예의 직렬형 투석회로로 구성되는 직렬형 셀 유니트(610)용으로는 상기 병렬형에서 설명된 바와 같은 직,병렬형 공용의 양이온교환막(MC2)(MC3)의 2가지가 사용된다.

상기한 구성의 여러 종류 일 실시예 음, 양이온교환막(MA1~MA5)(1~MC3)들과 함께 셀 유니트(600)의 일 구성요소인 스페이서들은, 상기 일 실시예 음, 양이온 교환막(MA1~MA5)(MC1~MC3)들의 사이에서 A, B형이 교대로 배치되어 희석실이나 농축실로 작용되는 2개의 분리된 투석수로를 구성하는 기능과, 셀 유니트 투석회로를 직, 병렬형의 어느 형식으로 특정화하는 수단 및, 소형 압착식 전기투석조(50)를 구성하기 위한 원수 입수로, 투석액/세척액 이동수로 및 투석액 토출수로들을 구성하는 일부 구성수단 및, 전극세척수로를 구성하는 수단을 동시에 구현하는 구성으로 제공된다.

도 15~33에는 본 발명의 일 실시예 전기투석조(50)에 사용되는 일 실시예 A, B형 스페이서들과 상, 하부 스페이서들의 구성이 도시되어 있다.

상기 일 실시예의 A, B형 스페이서들과 상, 하부 스페이서들은 상기 설명된 일 실시예 음, 양이온교환막(MA1~MA5)(MC1~MC3)들의 직경과 동일한 직경이고, 약 1mm 두께의 합성수지재 막형으로 구성된다.

상기 일 실시예 A, B형 스페이서들은, 2개의 분리된 농축실과 희석실 투석회로를 구성하기 위한 스페이서로서, 상기 A측 원수 입수구(51a)로 원수용액을 공급받는 3가지 형태의 A형 스페이서(SA1)(SA2)(SA3)들과, 상기 B측 원수 입수구(51b)로부터 원수용액을 공급받는 3가지 형태의 B형 스페이서(SB1)(SB2)(SB3)가 제공된다(도 15~26 참조).

또한 일 실시예 상, 하부 스페이서들은, 상기 셀 유니트(600)의 하단에서 최하단의 양이온교환막(MC2)과 하부 전극판(55)의 사이에 설치되어, A형 스페이서 (SA2)의 농축실과 하부 전극판 세척실로 형성되는 하부 스페이서(SE)와(도 29~30 참조),

상기 셀 유니트(600)의 상단에서 최상단의 양이온교환막(MC2)과 상부 전극판 (56)의 사이에 설치되어, 아래쪽의 B형 스페이서의 농축실과 상부 전극판 세척실로 형성되는 상부 스페이서(SF)로 제공된다(도 27, 28 참조).

상기 일 실시예 A형 스페이서(SA1~SA3)들과 B형 스페이서(SB1~SB3)들 및 상,하부 스페이서(SF)(SE)들에는 공통적인 구성요소로서, A형 스페이서(SA1~SA3)들에는 일정 폭의 외륜(601)이, B형 스페이서(SB1~SB3)들에는 일정 폭의 외륜(611)이, 상,하부 스페이서(SF)(SE)들에는 일정 폭의 외륜(631)(601)이 구비된다.

또한 상술한 전기투석조(50)의 상하부 압박대(52)(51)의 사이에서 압박봉 (53)에 끼워 적층 조립하기 위한 수단으로서,

A형 스페이서(SA1~SA3)들에는 하나의 원형 조립공(613)들이 중앙부에 형성되는 내륜(612)이, B형 스페이서(SB1~SB3)들에는 하나의 원형 조립공(623)들이 중앙부에 형성되는 내륜(622)이, 상,하부 스페이서(SF)(SE)들에는 하나의 원형 조립공 (633)(603)들이 중앙부에 형성되는 내륜(632)(602)이 구비된다.

상기 일 실시예 A형 스페이서(SA1~SA3)들과 B형 스페이서(SB1~SB3)들의 외륜(611)(621)과 내륜(612)(622)들 사이에는 다 수의 방사형 격막지지살 (614) (624)이 내륜과 외륜 두께의 절반 두께로 연결되며, 상,하부 스페이서 (SF)(SE)들의 외륜(631)(601)과 내륜(632)(602)들 사이에는 다 수의 방사형 격막지지살 (634)(604)이 내륜과 외륜 두께의 절반 두께로 연결되는 구성을 구비한다.

상기 일 실시예 A형 스페이서(SA1~SA3)들과 B형 스페이서(SB1~SB3)들의 방사형 격막지지살(614)(624)들에는 상기 외륜과 내륜 두께와 동일한 두께의 나선격막(615)(625)들이 설치되어 일정 폭의 나선수로(616)(626)를 형성하고 있고,

상,하부 스페이서(SF)(SE)들의 방사형 격막지지살(634)(604)들에는 상기 외륜과 내륜 두께와 동일한 두께의 나선격막(635)(605)들이 설치되어 일정 폭의 나선수로(636)(606)를 형성하고 있다.

또한 상기 모든 외륜(601)(611)(621)(631)들에는 12시 방향으로, 상기 음, 양이온 교환막(MA1~MA5)(MC1~MC3)들의 조립정열공(74)들과 동일 수선상 위치에서 조립위치정열봉(59)에 끼워져 평면상으로 조립위치를 정열하기 위한 원형의 조립정열공(64)이 공통적으로 구비된다.

상기한 공통 구성요소들을 구비한 모든 일 실시예 스페이서들에는, 각각에 구비한 나선수로(616)(626)(636)(606)들을 상기 음, 양이온 교환막(MA1~MA5) (MC1~MC3)들의 사이에서 교대로 농축실, 희석실, 전극세척실로 작용되는 투석회로를 형성하기 위하여, 상술한 전기투석조(50) 하부 압박대(51)의 A, B측 원수 입수구(51a)(51b)로부터는 원수용액을 공급받고, 상부 압박대(52)에 구비된 A, B, E측 토출구(52a)(52b)(52e)들로는 투석용액을 토출시키는 투석회로 연결수단이면서,

또한, 상호 간에 유형이 다른 스페이서들과 음, 양이온교환막들에 의하여 격간으로 하나씩 걸러 적층되어 있는 동종 스페이서들 간의 투석회로 연결을 위한 이동수로 수단이면서, 동시에 다른 형의 스페이서들을 위한 이동 및 토출수로를 제공하기 위한 수단으로서, 스페이서 유형별로 각각 수 개의 통수공들이 구비된다.

상기한 목적으로 구비되는 통수공들의 구성은, 나선수로와 연결되는 형식에 의하여 각각 A형 스페이서(SA1~SA3)들과 B형 스페이서(SB1~SB3) 및 상,하부 스페이서(SF)(SE)들로 구분시키게 되고,

구분된 각각의 A, B형 스페이서(SA1~SA3)(SB1~SB3)들은 다시 셀 유니트의 직, 병렬 투석회로 형식과 적층 위치에 따라서 A, B형 각각에서 3가지로 세분된 형식을 구성하게된다.

상기 설명된 통수공들은 스페이서들 각각의 외륜(601)(611)(621)(631)과 내륜(602)(612)(622)(632)들에서, 상기 외륜에 형성된 조립정열공(64)(74)을 12시 방향 기준위치로 하였을 때, 3시, 6시, 9시 방향에서, 상술한 음, 양이온교환막 (MA1~MA5)(MC1~MC3)에 형성된 내, 외측 통수공(71a~71e)(72a~72e)들과 상하로 일치하는 위치에 구비되면서, 또한 동일한 형태의 일정 폭과 길이를 갖는 원호 슬릿형으로 다음과 같이 구비된다.

A형 스페이서(SA1~SA3)들은 외륜(611)의 6시, 3시 방향에 각각 외측 통수공 (61a)(61b)이 설치되고, 내륜(612)에는 3시, 9시 방향에 각각 내측 통수공(61c) (61d)들이 유형에 따라서 선택으로 구비되고(도 15~20 참조),

B형 스페이서(SB1~SB3)들은 외륜(621)의 6시, 3시 방향에 각각 외측 통수공(62a)(62b)들이 설치되고, 내륜(622)에는 3시, 9시 방향에 각각 내측 통수공(62c) (62d)들이 유형에 따라서 선택으로 구비된다(도 21~26 참조).

상부 스페이서(SF)는 외륜(631)의 6시, 3시, 9시 방향에 각각 외측 통수공 (63a)(63b)(63f)이 설치되고, 내륜(632)에는 6시 방향에 하나의 내측 통수공(63e)이 구비된다(도 27, 28 참조).

하부 스페이서(SE)는 외륜(601)의 6시, 3시 방향에 각각 외측 통수공(60a) (60b)들이 구비되며, 내륜(602)에는 6시 방향에 하나의 내측 통수공(60e)이 구비된다(도 29~30 참조).

상기한 구성의 내, 외측 통수공들을 구비하는 A형 스페이서(SA1~SA3)들과 B형 스페이서(SB1~SB3) 및 상,하부 스페이서(SF)(SE)들은 나선수로를 투석회로로 구성하기 위하여 수 개의 내, 외측 통수공들 중에서 스페이서 유형별로 하나의 외측 통수공과 내측 통수공들은 한 조로 나선수로들과 선택적으로 연결하여, A형 또는 B형의 투석회로와 세척수로를 형성하고, 나머지는 상하방향으로의 원수입수로, 투석액/세척액 이동수로 및 투석액 토출수로들 중의 어느 한 구성요소로 형성한다.

도 31에는 상기 A, B형 스페이서(SA1~SA3)(SB1~SB3)들 및 상, 하부 스페이서 (SF)(SE)들에서, 내륜에 형성된 하나의 내측 통수공과 나선수로의 내측 끝단을 수로로 연결시키는 일 실시예 내측 수로연결수단 구성이 도시되어 있다.

이 일 실시예 내측 수로연결수단의 구성에는, 일 예의 내륜(612)에 형성된 내측 통수공(61c)과 나선수로(616)의 내측 끝단을 연결시키는 수단으로서, 내측 통수공(61c)의 길이 폭에 걸쳐서 나선수로(616)의 내측 끝단이 접한 내륜 부분을, 상단에서 절반 두께로 제거하여 내측 연결홈(66)으로 형성하되, 이 내측 연결홈(66)이 중앙과 좌우로 분할되도록 2개의 내측 유도돌기(65)를 두고 형성한 구성이다.

이러한 내측 연결홈(66)과 유도돌기(65)의 구성에 의하면, 3구역으로 분할되고 내륜(612)의 절반 두께로 된 내측 연결홈(66)에 의하여 내측 통수공(61c)이 길이 폭에 걸쳐서 나선수로(616)의 내측 끝단과 연결되어서, 내측 통수공(61c)과 나선수로(616)의 내측 끝단은 상호 간에 3분 된 내측 연결홈(66)에 의하여 투석용액이 원활하게 출입되는 구성으로 형성된다. 상기 유도돌기(65)의 구성은 한편으로는 넓은 폭으로 터진 내측 연결홈(66)의 상면에 압착되는 음, 양이온교환막들이 눌리거나 처짐을 방지하는 요소로도 사용된다.

도 32에는 상기 A, B형 스페이서(SA1~SA3)(SB1~SB3)들 및 상, 하부 스페이서 (SF)(SE)들에서, 외륜에 형성된 하나의 외측 통수공과 나선수로의 외측 끝단을 수로로 연결시키는 일 실시예 외측 수로연결수단 구성이 도시되어 있다.

이 일 실시예 외측 수로연결수단 구성에서는 일 예의 외륜(611)에 형성된 외측 통수공(61a)과 나선수로(616)의 외측 끝단을 연결시키는 수단으로서, 외측 통수공(61a)의 길이 폭에 걸쳐서 나선수로(616)의 외측 끝단이 접한 내륜 부분을, 상단에서 절반 두께로 제거하여 외측 연결홈(66a)으로 형성하되, 이 외측 연결홈(66a)이 중앙과 좌우로 분할되도록 2개의 외측 유도돌기(65a)를 두고 형성한 구성이다.

이러한 일 실시예 외측 수로연결수단인 외측 연결홈(66a)과 유도돌기(65a)의 구성에 의하면, 3구역으로 분할되고 내륜(612)의 절반 두께로 된 외측 연결홈(66a)에 의하여 외측 통수공(61a)이 길이 폭에 걸쳐서 나선수로(616)의 외측 끝단과 연결되어서, 외측 통수공(61a)과 나선수로(616)는 상호 간에 3분 된 외측 연결홈 (66a)에 의하여 투석용액이 원활하게 출입되는 구성으로 형성된다.

상기한 구성에서 내, 외측 유도돌기(65)(65a)들은 다른 용도로서, 넓은 폭으로 터진 내측 연결홈(66)의 상면에 압착되는 음, 양이온교환막들이 눌리거나 처짐을 방지하는 요소로도 사용된다.

상기한 공통 구성요소들 및 일 실시예 내, 외측 수로연결수단인 외측 연결홈(66)(66a)과 유도돌기(65)(65a)들의 구성에 의한 일 실시예 셀 유니트(600) (610)들에 조합되는 A, B형 스페이서(SA1~SA3)(SB1~SB3)들 및 상, 하부 스페이서 (SF)(SE)들의 투석수로(회로)를 형성하기 위한 내, 외측 통수공들은 다음과 같이 형성된다.

도 15~20에는 모든 A형 스페이서(SA1~SA3)들의 내, 외측 통수공들의 구성과 투석수로의 구성이 도시되어 있다.

도시한 바와 같이 모든 A형 스페이서(SA1~SA3)들의 투석회로 구성은,

외륜(611)의 6시 방향에 있는 외측 통수공(61a)은 외측 연결홈(66a)에 의하여 나선수로(616)의 외측 끝단과 연결하고, 내륜(612)의 3시 방향에 있는 내측 통수공(61c)은 내측 연결홈(66)에 의하여 나선수로(616)의 내측 끝단과 연결한 A형 투석수로를 구비하는 구성이다.

상기한 구성의 A형 투석수로를 구비하는 A형 스페이서들은 나머지 내, 외측 통수공이 설치된 형식에 의하여 세가지 형식의 A형 스페이서(SA1)(SA2)(SA3)로 구성된다.

일 A형 스페이서(SA1)의 구성은 도 15, 16에 도시한 바와 같이, 내, 외측 통수공(61a)(61b)(61c)(61d)(61e)을 구비하여, 일 예의 병렬형 셀 유니트(600)의 중간 스페이서로 사용되는 구성이다.

따라서 상기 외륜(611)의 6시 방향 외측 통수공(61a)으로는 투석용액이 상향 입수되어 나선수로(616)의 외측에서부터 내측으로 나선형 궤적으로 통과시킨 후에 내륜(612)의 3시 방향 내측 통수공(61c)에서 상향으로 배출시키게 되고,

외륜(611)의 3시 방향 외측 통수공(61b)은 B형 스페이서(SB1~SB3)들의 원수 입구수로 및 이동수로의 일부 통로로 만 사용되고,

내륜(612)의 9시 방향에 있는 내측 통수공(61d)은 B형 스페이서(SB1)(SB2)들의 이동수로의 일부 통로로 만 사용된다.

다른 일 A형 스페이서(SA2)는 도 17, 18에 도시한 바와 같이, 내, 외측 통수공(61a)(61b)(61c)(61e)을 구비하여, 일 예의 병렬형 셀 유니트(600)에서는 입수용의 스페이서로, 다른 일 예의 직렬형 셀 유니트(610)에서는 입수용과 중간용의 스페이서로 사용되는 구성이다.

따라서 외륜(611)의 6시 방향 외측 통수공(61a)으로는 원수용액 또는 투석용액이 상향 입수되어 나선수로(616)의 외측에서부터 내측으로 나선형 궤적으로 통과시킨 후에 내륜(612)의 3시 방향 내측 통수공(61c)에서 상향으로 배출시키게 되고,

외륜(611)의 3시 방향에 있는 외측 통수공(61b)은 B형 스페이서(SB1~SB3)들의 원수 입구수로 및 이동수로의 일부 통로로 만 사용된다.

또 다른 일 A형 스페이서(SA3)는 도 19, 20에 도시한 바와 같이, 내, 외측 통수공(61a)(61c)(61d)(61e)을 구비하여, 일 예의 병렬형 셀 유니트(600)에서는 토출용으로, 다른 일 예의 직렬형 셀 유니트(610)에서는 중간 및 토출용의 스페이서로 사용되는 구성이다.

따라서 이 형식에서는 A형 투석수로의 흐름이, 내륜(612)의 3시 방향의 내측 통수공(61c)으로 이전의 다른 A형 스페이서(SA1)(SA2)들로부터 투석용액이 상향 입수되어 나선수로(616)의 내측에서부터 외측으로 나선형 궤적으로 통과시킨 후에 외륜(611)의 6시 방향 외측 통수공(61a)을 통하여 상향으로 배출시키게 된다.

내륜(612)의 9시 방향에 있는 내측 통수공(61d)은 B형 스페이서(SB1)(SB2)들의 이동수로의 일부 통로로 만 사용된다.

도 21~26에는 모든 B형 스페이서(SB1~SB3)들의 내, 외측 통수공들의 구성과 투석수로의 구성이 도시되어 있다.

도시한 바와 같이 모든 B형 스페이서(SB1~SB3)들의 투석회로 구성은,

외륜(621)의 3시 방향에 있는 외측 통수공(62b)은 외측 연결홈(66a)에 의하여 나선수로(626)의 외측 끝단과 연결하고, 내륜(622)의 9시 방향에 있는 내측 통수공(62d)은 내측 연결홈(66)에 의하여 나선수로(626)의 내측 끝단과 연결한 B형 투석수로를 구비하는 구성이다.

상기한 구성의 B형 투석수로를 구비하는 B형 스페이서들은 나머지 내, 외측 통수공이 설치된 형식에 의하여 세가지 형식의 B형 스페이서(SB1~SB3)로 구성된다.

일 B형 스페이서(SB1)의 구성은 도 21, 22에 도시한 바와 같이, 내, 외측 통수공(62a)(62b)(62c)(62d)(62e)을 구비하여, 일 예의 병렬형 셀 유니트(600)의 입수용과 중간용 스페이서로 만 사용되는 구성이다.

따라서 상기 외륜(621)의 3시 방향의 외측 통수공(62b)으로 입수되는 원수용액을 나선수로(626)의 외측에서부터 내측으로 나선형 궤적으로 통과시킨 후에 내륜(622)의 9시 방향 내측 통수공(62d)에서 상향으로 배출시키게 된다.

외륜(621)의 6시 방향 외측 통수공(62a)은 A형 스페이서(SA1)의 원수 입구수로의 일부 통로로 만 사용되고,

내륜(622)의 3시 방향에 있는 내측 통수공(62c)은 A형 스페이서(SA1)들의 이동수로의 일부 통로로 만 사용된다.

일 B형 스페이서(SB2)의 구성은 도 23, 24에 도시한 바와 같이, 내, 외측 통수공(62b)(62c)(62d)(62e)을 구비하여, 일 예의 병렬형 셀 유니트(600)에서는 토출액의 수로변경용 스페이서로 사용되고, 일 예의 직렬형 셀 유니트(610)에서는 입수용과 중간용의 스페이서로 만 사용되는 구성이다.

따라서 상기 외륜(621)의 3시 방향의 외측 통수공(62b)으로 입수되는 원수용액을 나선수로(626)의 외측에서부터 내측으로 나선형 궤적으로 통과시킨 후에 내륜(622)의 9시 방향 내측 통수공(62d)에서 상향으로 배출시키게 된다.

내륜(622)의 3시 방향에 있는 내측 통수공(62c)은 A형 스페이서(SA1)들의 이동수로의 일부 통로로 만 사용된다.

일 B형 스페이서(SB3)의 구성은 도 25, 26에 도시한 바와 같이, 내, 외측 통수공(62a)(62b)(62d)(62e)을 구비하여, 일 예의 병렬형 셀 유니트(600)에서는 토출용의 스페이서로 사용되고, 일 예의 직렬형 셀 유니트(610)에서는 중간용과 토출용의 스페이서로 만 사용되는 구성이다.

따라서 이 형식에서는 B형 투석수로의 흐름이, 내륜(622)의 9시 방향의 내측 통수공(62d)으로 다른 이전 B형 스페이서들로부터 투석용액이 상향 입수되어 나선수로(626)의 내측에서부터 외측으로 나선형 궤적으로 통과시킨 후에 외륜(621)의 3시 방향 외측 통수공(62b)을 통하여 상향으로 배출시키게 된다.

외륜(621)의 9시 방향에 있는 외측 통수공(62a)은 A형 스페이서(SA2)들의 원수 입수 수로 및 이동수로의 일부 통로로 만 사용된다.

상기한 구성의 A, B형 스페이서(SA1~SA3)(SB1~SB3)들의 내륜(612)(622)에 설치된 내측 통수공(61e)(62e)들은, 상술한 음, 양이온교환막(MA1~MA5)(MC1~MC3)에 형성된 내측 통수공(71e)(72e)들과 함께, 일 실시예의 셀 유니트(600)(610)에서 하부 스페이서(SE)의 6시 방향에 형성된 내측 통수공(60e)로부터 배출되는 하부 전극판 세척액을 상부 스페이서(SF)의 내측 통수공(63e)에 이송시키는 세척액 이동수로(We)(W2e)의 일부용으로 구성된다(도 38~43-2 참조).

도 27~30에는 상, 하부 스페이서(SF)(SE)들의 내, 외측 통수공들의 구성과 투석수로의 구성이 도시되어 있다.

도 27, 28에 도시한 바와 같이 상부 스페이서(SF)의 투석회로 구성은,

외륜(631)의 9시 방향에 있는 외측 통수공(63f)은 외측 연결홈(66a)에 의하여 나선수로(636)의 외측 끝단과 연결하고, 내륜(632)의 6시 방향에 있는 내측 통수공(63e)은 내측 연결홈(66)에 의하여 나선수로(636)의 내측 끝단과 연결된 투석수로를 구비하는 구성이다.

상기한 구성의 투석수로를 구비하는 상부 스페이서(SF)의 구성은, 외륜(631)에 외측 통수공(63a)(63b)을 더 구비하여, 일 예의 병렬형 셀 유니트(600)(610)의 상부 전극판 세척용으로 만 사용되는 구성이다.

따라서 투석회로는 상기 내륜(632)의 6시 방향의 내측 통수공(63e)으로, 하부 스페이서(SE)로부터 세척액 이동수로(We)(W2e)를 거쳐 입수되는 세척용액을 나선수로(636)의 내측에서부터 외측으로 나선형 궤적으로 통과시킨 후에 외륜(631)의 9시 방향 외측 통수공(63f)로 상향 토출시키게 된다.

외륜(631)의 6시 방향에 있는 외측 통수공(63a)은 A형 스페이서들의 토출수로(W1a)(W3a)용으로 만 사용되고,

외륜(631)의 3시 방향에 있는 외측 통수공(63b)은 B형 스페이서들의 토출수로(W1b)(W3b)용으로 만 사용된다.

도 29, 30에 도시한 바와 같이 하부 스페이서(SE)의 투석회로 구성은,

외륜(601)의 3시 방향에 있는 외측 통수공(60b)은 외측 연결홈(66a)에 의하여 나선수로(606)의 외측 끝단과 연결하고, 내륜(602)의 6시 방향에 있는 내측 통수공(60e)은 내측 연결홈(66)에 의하여 나선수로(606)의 내측 끝단과 연결된 투석수로를 구비하는 구성이다.

상기한 구성의 투석수로를 구비하는 하부 스페이서(SE)의 구성은, 외륜(601)에 외측 통수공(60a)을 더 구비하여, 일 예의 병렬형 셀 유니트(600)(610)의 하부 전극판 세척용으로 만 사용되는 구성이다.

따라서 투석회로는 상기 외륜(601)의 3시 방향의 외측 통수공(60b)으로부터 입수되는 원수용액을 나선수로(606)의 외측에서부터 내측으로 나선형 궤적으로 통과시킨 후에 내륜(602)의 6시 방향 내측 통수공(60e)으로 상향 토출시켜서 세척액 이동수로(We)(W2e)로 연결한다.

한편 상기 외륜(601)의 3시 방향에 있는 외측 통수공(60b)은 B형 스페이서들의 원수 입수로(Wb)용으로도 사용된다.

외륜(601)의 6시 방향에 있는 외측 통수공(60a)은 A형 스페이서들의 원수 입수로(Wa)용으로 만 사용된다.

상기한 구성요소들을 갖는 셀 유니트(600)(610)는, 상부 압박대(52)의 상단에서 압박봉(53)의 상단 나사부(533)에 나사 결합되는 조임너트(534)의 조임으로 압착되어, 수 십장의 음, 양이온교환막(MA1~MA5)(MC1~MC3)들과 A, B형 스페이서 (SA1~SA3)(SB1~SB3)들 및 상, 하부 스페이서(SF)(SE)들이 상하부 압박대(52)(51)의 사이에서 중앙부의 조립공(703)(613)(623)(603)(633)들이 압박봉(53)에 끼워져 수직의 탑형으로 적층되어, 면접촉의 밀액구조로 조립되는 구성이다(도 3~6 참조).

상술한 구성요소들로 전기투석조(50)의 주요 구성요소로 형성되는 셀 유니트의 형식은, 상술한 A, B형 스페이서(SA1~SA3)(SB1~SB3)들과 음, 양이온교환막 (MA1~MA5)(MC1~MC3)들의 선택적인 조합에 따라서, 병렬형 투석회로를 구비하는 병렬형 셀 유니트(600)와, 직렬형 투석회로를 구비되는 직렬형 셀 유니트(610)를 구성한다.

도 38내지 도 40-3에는 상기 일 실시예의 전기투석조(50)에 적용되는 일 실시예의 병렬형 셀 유니트(600)의 구성과 투석작용에 대한 개요도가 도시되어 있다.

일 실시예 병렬형 셀 유니트(600)의 조립 구성은, 하단의 하부 전극판(55)의 상면으로부터 하부 스페이서(SE), 양이온교환막(MC2), A형 스페이서(SA2), 음이온교환막(MA3), B형 스페이서(SB1), 양이온교환막(MC1), A형 스페이서(SA1), 음이온교환막(MA1), B형 스페이서(SB1), 양이온교환막(MC1), A형 스페이서(SA1), 음이온교환막(MA3), B형 스페이서(SB2), 양이온교환막(MC3), A형 스페이서(SA3), 음이온교환막(MA4), B형 스페이서(SB3), 양이온교환막(MC2) 그리고 최상단에 상부 스페이서(SF)를 상부 전극판(56)의 하면에 배치한 구성이다.

상기한 일 실시예 병렬형 셀 유니트(600)의 조립 구성에 의하면, 원수입수로, 투석수로 및 토출수로로 이루어지는 투석회로가 다음과 같이 2가지 형태의 병렬형 A, B측 투석회로 및 전극판 세척액 투석회로로 분리 형성된다.

상기 병렬형 A측 투석회로의 구성은 다음과 같다.

A측 원수 입수배관(31a)으로부터 A측 원수 입수구(51a)로 유입된 원수용액은 최상단의 A형 스페이서(SA3)를 제외한, A측 원수 입수로(Wa)로 형성된 각 층의 모든 A형 스페이서(SA1)(SA2)들의 외륜(611)에서 6시 방향에 설치된 외측 통수공(61a)에 병렬형으로 입수되어서, A형 투석수로로 형성된 모든 나선수로(616)들을 외측에서부터 내측으로 나선형 궤적으로 통과하면서, 내륜(612)의 3시 방향 내측 통수공(61c)으로 상향 배출되어 투석액 이동수로(Wc)에 합쳐지고,

이 투석액 이동수로(Wc)에 합쳐진 투석액은 최상단 A형 스페이서(SA3)의 내륜(612) 3시 방향 내측 통수공(61c)으로 재 입수되어 A형 스페이서(SA3)의 나선수로(616)를 내측에서부터 외측으로 나선형 궤적으로 통과하면서, 외륜(611)의 6시 방향 외측 통수공(61a)으로 상향 배출되어 A측 토출수로(W1a)를 거쳐서 A측 토출구(52a)로 토출되는 병렬형 A측 투석회로로 형성된다.

상기 병렬형 B측 투석회로의 구성은 다음과 같다.

B측 원수 입수배관(31b)으로부터 B측 원수 입수구(51b)로 유입된 원수용액은 최상단의 B형 스페이서(SB3)를 제외한, B측 원수 입수로(Wb)로 연결된 각 층의 모든 B형 스페이서(SB1)(SB2)들의 외륜(621)에서 3시 방향에 설치된 외측 통수공(62b)에 병렬형으로 입수되어서, B형 투석수로로 형성된 모든 나선수로(626)들을 외측에서부터 내측으로 나선형 궤적으로 통과하면서, 내륜(622)의 9시 방향 내측 통수공(62d)으로 상향 배출되어 투석액 이동수로(Wd)에 합쳐지고,

이 투석액 이동수로(Wd)에 합쳐진 투석액은 최상단 B형 스페이서(SB3)의 내륜(622) 9시 방향 내측 통수공(62d)으로 재 입수되어 B형 스페이서(SB3)의 나선수로(626)를 내측에서부터 외측으로 나선형 궤적으로 통과하면서, 외륜(621)의 3시 방향 외측 통수공(62b)으로 상향 배출되어 B측 토출수로(W1b)를 거쳐서 B측 토출구(52b)로 토출되는 병렬형 B측 투석회로로 형성된다.

한편, B측 원수 입수배관(31b)으로부터 B측 원수 입수구(51b)로 유입된 원수용액은 하부 스페이서(SE)의 외측 통수공(60b)으로도 입수되어, 나선회로(606)를 외측에서부터 나선궤적으로 휘돌아서 내륜(602)의 6시 방향 내측 통수공(60e)으로 상향 배출되어, 그 상단으로 적층된 모든 A, B형 스페이서들 및 음, 양이온교환막들의 6시 방향에 설치된 내측 통수공(61e)(62e)(71e)(72e)들로 이루어진 세척액 이동수로(We)를 통하여 상향되어서, 최상단의 상부 스페이서(SF)의 내측 통수공(63e)에 재 입수되어 나선수로(636)을 내측에서부터 나선궤적으로 휘돌아 9시 방향의 외측 통수공(63f)를 통하여 E측 토출구(52e)로 토출되는 전극판 세척액 투석회로로 형성된다.

상기한 서로 분리된 2가지의 병렬형 A, B측 투석회로 및 전극판 세척액 투석회로가 분리 형성된 일 실시예 병렬형 셀 유니트(600)에 대하여, 도 1의 일 예 전기투석장치 정상투석모드(100a)와 같이, 상부 전극판(56)에는 양극(+)을, 하부 전극판(55)에는 음극(-)을 공급하여, 정전압으로 작동시키는 정상투석모드의 정상투석작동은 다음과 같이 이루어진다.

상기 병렬형 셀 유니트(600)의 정상투석작동에서, 음이온 교환막(MA1)(MA3) (MA4)들은 상기 A형 스페이서(SA1~SA3)들의 나선수로(616)를 통과하는 원수용액에서 음이온(Cl-) 만을 선별하여 정전방향인 양극(+)의 상부 측으로 투과시켜서 상측 B형 스페이서(SB1~SB3)들의 나선수로(626)로 농축시키고,

양이온 교환막(MC1~MC3)들은 상기 A형 스페이서(SA1~SA3)들과 상부 스페이서(SF)의 나선수로(616)(636)를 통과하는 원수용액에서 양이온(Na+) 만을 선별하여 음극(-)의 하부 측으로 투과시켜서, 하측 B형 스페이서(SB1)(SB2)들과 하부 스페이서(SE)의 나선수로(626)(606)로 농축시키는 정전압 투석작용을 하게된다.

따라서 A형 스페이서(SA1~SA3)들의 나선수로(616)들로 이루어지는 A측 투석수로는 희석실로 작용하여, 나선수로(616)를 통과하는 원수용액은 음, 양이온이 제거된 희석액으로 투석되어서 전기투석조(50)의 A측 토출구(52a)로 토출되고,

B형 스페이서(SB1~SB3)들의 나선수로(616)들로 이루어지는 B측 투석수로는 농축실로 작용하여, 나선수로(626)를 통과하는 원수용액은 음, 양이온이 농축된 농축액으로 투석되어서 전기투석조(50)의 B측 토출구(52b)로 토출되며,

하부 스페이서(SE)의 나선수로(606)는 반 농축실로 되어, 양이온 만이 농축된 반 농축액의 전극판 세척액을 상부 스페이서(SF)의 내측 통수공(63e)으로 유입시키고,

상부 스페이서(SF)의 나선수로(636)는 양이온 만이 희석되는 반 희석실로 되어, 하부 스페이서(SE)로부터 유입된 반 농축액에서 다시 양이온만을 반 희석한 전극판 세척액을 전기투석조(50)의 E측 토출구(52e)로 토출시키게 된다.

상기와 같은 일 실시예 병렬형 셀 유니트(600)의 정상투석회로에 의하여 전기투석조(50)를 일정 시간동안 정상투석작동시키면, 음, 양이온 입자들의 일부가 이온교환막들에 점차적으로 누적되어서 이온교환막의 투석성능이 저하되는 바, 이를 해결하기 위하여 도 2에 도시한 역전투석모드(100b)로 가동시키게 된다.

투과막형 전기투석장치에서 전기투석조의 투석성능은 전체 투석효율에 상당한 영향을 미치는 중요 구성요소이고, 투과막형 전기투석조에서 원수용액의 입수조건이나 다른 기타 투석효율에 관계되는 다른 조건의 변동이 없는 상태에서, 투석효율이 정상값보다 낮아지는 것은 거의 음, 양이온교환막의 투석성능이 저하되는 것에 기인한다.

투과막형 전기투석조(50)에서 음, 양이온교환막은 미세한 3차원 망목구조로 된 구조적 특성상, 일정 시간동안 한 방향으로만 투석되면, 투석되는 음, 양이온 입자들의 일부가 이온교환막에 점차적으로 누적되어서 투석효율이 저하된다.

투석효율이 저하된 음, 양이온교환막들은 원칙적으로 교환하는 것이 가장 바람직하다. 그러나 압착식 전기투석조에서 음, 양이온교환막들은 밀액성을 높이기 위하여 상당한 압착력으로 조립되는 바, 대부분의 소형 투과막형 전기투석조에서 음, 양이온교환막들은 사용 중에 교환이 불가능한 구조로 되어 있고, 투석효율이 저하된 부재를 분해하여 재생시키거나 교체하는 것은 매우 어렵다.

또한 음, 양이온교환막들이 교환 가능한 구조일 경우에도 일정 횟수 재생 가능한 음, 양이온교환막들을, 전기투석조와 셀 유니트 전체를 분해하여 새로운 양이온교환막들로 교체하는 것은 경제적으로도 바람직하지 않다.

따라서 음, 양이온교환막들의 정상적인 투석성능의 유지를 위하여, 음, 양이온교환막들의 투석방향을 적정한 시점에 반대방향으로 역전시켜서 이온교환막들에 누적되어 있는 음, 양이온 입자들을 반대방향으로 배출시키는 방법이 공지되어 있는 바, 대부분의 투과막형 전기투석조는 상술한 정상투석모드로 일정 시간 가동한 후에 적정한 시점에, 이온교환막들에 침착되어 있는 음, 양이온 입자들을 반대방향으로 배출시킴으로서, 투석성능이 정상 수준이하로 저하된 음, 양이온교환막들의 이온교환성을 정상수준으로 활성화시키기 위한 역전투석모드로 가동시키게 된다.

도 39와 도 42에는 상기와 같이 정상투석모드로 일정 시간동안 한 방향으로만 투석된, 또는 역전투석모드로 일정 시간동안 한 방향으로 투석한 전기투석조의 음, 양이온교환막들의 이온교환성을 정상수준으로 활성화시키기 위하여 실시되는 일 실시예 병렬형 셀 유니트(600)의 역전투석모드에서의 역전 투석회로 개요도가 도시되어 있다.

역전투석모드에서의 역전 투석작동은, 일 실시예 병렬형 셀 유니트(600)의 구성에 대하여, 상부 전극판(56)에는 음극(-)을, 하부 전극판(55)에는 양극(+)을 공급하여 다음과 같이 이루어진다.

역전투석회로에서 A, B측 병렬형 투석회로의 구성은 직렬형과 동일하지만, 음, 양이온교환막들의 희석, 농축 이온교환방향은 반대로 이루어진다.

역전투석회로에서는, 상기 음이온 교환막(MA1)(MA3)(MA4)들은 B형 스페이서 (SB1)(SB2)(SB3)들의 나선수로(626)를 통과하는 원수용액에서 음이온(Cl-) 만을 선별하여 정전방향인 양극(+)의 하부 측으로 투과시켜서, 하측 A형 스페이서 (SA1~SA3)들의 나선수로(616)로 농축시키고,

양이온 교환막(MC1~MC3)들은 상기 B형 스페이서(SB1)(SB2)(SB3)들과 하부 스페이서(SE)의 나선수로(626)(606)를 통과하는 원수용액에서 양이온(Na+) 만을 선별하여 정전방향인 음극(-)의 상부 측으로 투과시켜서, 상측 A형 스페이서(SA1~SA3)들과 상부 스페이서(SF)의 나선수로(616)(636)로 농축시키는 역전압 투석작용을 하게된다.

따라서 도 2와 같은 역전투석모드(100b)에서 병렬형 셀 유니트(600)는,

B형 스페이서(SB1~SB3)들의 나선수로(626)는 희석실로 작용하여, 나선수로 (626)를 통과하는 원수용액은 음, 양이온이 제거된 희석액으로 투석되어서 전기투석조(50)의 A측 토출구(52a)로 토출되고,

A형 스페이서(SA1~SA3)들의 나선수로(616)는 농축실로 작용하여, 나선수로 (616)를 통과하는 원수용액은 음, 양이온이 농축된 농축액으로 투석되어서 전기투석조(50)의 B측 토출구(52b)로 토출되며,

하부 스페이서(SE)의 나선수로(606)는 양이온 만이 제거되는 반 희석실로 되어, 반 희석액의 전극판 세척액을 상부 스페이서(SF)의 내측 통수공(63e)으로 유입시키고,

상부 스페이서(SF)의 나선수로(636)는 양이온 만이 농축되는 반 농축실로 되어, 하부 스페이서(SE)로부터 유입된 반 농축액에 다시 양이온만을 반 농축한 전극판 세척액을 전기투석조(50)의 E측 토출구(52e)로 토출시키게 된다.

도 41 내지 도 43-2에는 상기 일 실시예의 전기투석조(50)에 적용되는 다른 일 실시예의 직렬형 셀 유니트(610)의 구성과 투석작용에 대한 개요도가 도시되어 있다.

일 실시예 직렬형 셀 유니트(610)의 구성은, 하단의 하부 전극판(55)의 상면으로부터 하부 스페이서(SE), 양이온교환막(MC2), A형 스페이서(SA2), 음이온교환막(MA5), B형 스페이서(SB2), 양이온교환막(MC3), A형 스페이서(SA3), 음이온교환막(MA4), B형 스페이서(SB3), 양이온교환막(MC2), 그리고 최상단에 상부 스페이서 (SF)를 상부 전극판(56)의 하면에 배치한 구성이다.

상기한 일 실시예 직렬형 셀 유니트(610)의 구성에 의하면, 원수입수로, 투석수로 및 토출수로로 이루어지는 투석회로가 다음과 같이 2가지 형태의 직렬형 A, B측 투석회로 및 전극세척수 투석회로로 분리 형성된다.

상기 직렬형 A측 투석회로의 구성은 다음과 같다.

A측 원수 입수배관(31a)으로부터 A측 원수 입수구(51a)로 유입된 원수용액은 최하단의 하부 스페이서(SE)의 외측 통수공(60a)과 양이온교환막(MC2)의 외측 통수공(72a)으로 이루어진 A측 원수 입수로(W2a)를 통하여 최하층의 A형 스페이서(SA2)의 외륜(611)에서 6시 방향에 설치된 외측 통수공(61a)에 단독으로 입수되어서,

A형 투석수로로 형성된 나선수로(616)를 외측에서부터 내측으로 나선형 궤적으로 통과하면서, 내륜(612)의 3시 방향 내측 통수공(61c)으로 상향 배출되고,

이 A형 스페이서(SA2)의 내측 통수공(61c)으로 상향 배출된 투석액은, 그 상단의 음이온교환막(MA5)의 내측 통수공(71c)과 그 상단의 B형 스페이서(SB2)의 내측 통수공(62c)과 그 상단의 양이온교환막(MC3)의 내측 통수공(72c)으로 이루어진 투석액 이동수로(W2c)를 통하여 상향되어 두 번째의 A형 스페이서(SA3)의 내측 통수공(61c)으로 입수되어서,

최상단 A형 스페이서(SA3)의 나선수로(616)를 내측에서부터 외측으로 나선형 궤적으로 통과하면서, 외륜(611)의 6시 방향 외측 통수공(61a)으로 상향 배출되어 A측 토출수로(W3a)를 거쳐서 A측 토출구(52a)로 토출되는 직렬형 A측 투석회로로 형성된다.

상기 직렬형 B측 투석회로의 구성은 다음과 같다.

B측 원수 입수배관(31b)으로부터 B측 원수 입수구(51b)로 유입된 원수용액은 먼저 최하단의 하부 스페이서(SE)의 외측 통수공(60b)과 그 상단의 양이온교환막 (MC2)의 외측 통수공(72b)과 그 상단의 A형 스페이서(SA2)의 외측 통수공(61b)과 그 상단의 음이온교환막(MA5)의 외측 통수공(71b)으로 이루어진 B측 원수 입수로 (W2b)를 통하여 최하층의 B형 스페이서의 외측 통수공(62b)으로 입수된다.

최하층의 B형 스페이서의 외측 통수공(62b)으로 입수된 원수용액은 B형 투석수로인 나선수로(626)를 외측에서부터 내측으로 나선형 궤적으로 통과하면서, 내륜(622)의 9시 방향 내측 통수공(62d)으로 상향 배출되어,

중간의 양이온교환막(MC3)의 내측 통수공(72d)과 그 상단의 A형 스페이서 (SA3)의 내측 통수공(61d)과 그 상단의 음이온교환막(MA4)의 내측 통수공 (71d)으로 이루어진 B측 투석액 이동수로(W2d)를 통하여, 최상단 B형 스페이서 (SB3)의 내륜(622) 9시 방향 내측 통수공(62d)으로 재 입수되어, B형 스페이서 (SB3)의 나선수로(626)를 내측에서부터 외측으로 나선형 궤적으로 통과하면서, 외륜(621)의 3시 방향 외측 통수공(62b)으로 상향 배출되어 B측 토출수로 (W3b)를 거쳐서 B측 토출구(52b)로 토출되는 직렬형 B측 투석회로로 형성된다.

한편, B측 원수 입수배관(31b)으로부터 B측 원수 입수구(51b)로 유입된 원수용액은 하부 스페이서(SE)의 외측 통수공(60b)으로도 입수되어, 나선회로(606)를 외측에서부터 나선궤적으로 휘돌아서 내륜(602)의 6시 방향 내측 통수공(60e)으로 상향 배출되어, 그 상단으로 적층된 모든 A, B형 스페이서들 및 음, 양이온교환막들의 6시 방향에 설치된 내측 통수공(61e)(62e)(71e)(72e)들로 이루어진 세척액 이동수로(W2e)를 통하여 상향되어서, 최상단의 상부 스페이서(SF)의 내측 통수공 (63e)에 재 입수되어 나선수로(636)을 내측에서부터 나선궤적으로 휘돌아 9시 방향의 외측 통수공(63f)를 통하여 E측 토출구(52e)로 토출되는 전극판 세척액 투석회로로 형성된다.

상기한 서로 분리된 2가지의 직렬형 A, B측 투석회로와 전극판 세척액 투석회로가 분리 형성된 일 실시예 병렬형 셀 유니트(610)에 대하여, 상부 전극판(56)에는 양극(+)을, 하부 전극판(55)에는 음극(-)을 공급하여, 정전압으로 작동시키는 정상투석작동은 다음과 같이 이루어진다.

상기 직렬형 셀 유니트(610)의 정상투석작동에서, 음이온 교환막(MA5)(MA4)들은, 상기 A형 스페이서(SA2)(SA3)들의 나선수로(616)를 통과하는 원수용액에서 음이온(Cl-) 만을 선별하여 정전방향인 양극(+)의 상부 측으로 투과시켜서 상측 B형 스페이서(SB2)(SB3)들의 나선수로(626)로 농축시키고,

양이온 교환막(MC2)(MC3)들은 상기 A형 스페이서(SA2)(SA3)들과 상부 스페이서(SF)의 나선수로(616)(636)를 통과하는 원수용액에서 양이온(Na+) 만을 선별하여 정전방향인 음극(-)의 하부 측으로 투과시켜서, 하측 B형 스페이서(SB1)(SB2)들과 하부 스페이서(SE)의 나선수로(606)로 농축시키는 정전압 투석작용을 하게된다.

따라서 A형 스페이서(SA2)(SA3)들의 나선수로(616)들로 이루어지는 A측 투석수로는 희석실로 작용하여, 나선수로(616)를 통과하는 원수용액은 음, 양이온이 제거된 희석액으로 투석되어서 전기투석조(50)의 A측 토출구(52a)로 토출되고,

B형 스페이서(SB2)(SB3)들의 나선수로(616)들로 이루어지는 B측 투석수로는 농축실로 작용하여, 나선수로(626)를 통과하는 원수용액은 음, 양이온이 농축된 농축액으로 투석되어서 전기투석조(50)의 B측 토출구(52b)로 토출되며,

하부 스페이서(SE)의 나선수로(606)는 반 농축실로 되어, 양이온 만이 농축된 반 농축액의 전극판 세척액을 상부 스페이서(SF)의 내측 통수공(63e)으로 유입시키고,

상부 스페이서(SF)의 나선수로(636)는 양이온 만이 희석되는 반 희석실로 되어, 하부 스페이서(SE)로부터 유입된 반 농축액에서 다시 양이온만을 반 희석한 전극판 세척액을 전기투석조(50)의 E측 토출구(52e)로 토출시키게 된다.

상기와 같이 일 실시예 직렬형 셀 유니트(610)의 구성에, 도 41과 같이 상부 전극판(56)에는 음극(-)을, 하부 전극판(55)에는 양극(+)을 공급하여, 역전압으로 가동시키는 역전투석회로에서는 다음과 같은 역전 투석작동이 이루어진다.

역전투석회로에서 A, B측 직렬형 투석회로의 구성은 동일하지만, 음, 양이온교환막들의 희석, 농축 이온교환방향은 정상투석회로와 반대로 이루어진다.

역전투석회로에서는, 상기 음이온 교환막(MA4)(MA5)들은 B형 스페이서(SB2) (SB3)들의 나선수로(626)를 통과하는 원수용액에서 음이온(Cl-) 만을 선별하여 정전방향인 양극(+)의 하부 측으로 투과시켜서, 하측 A형 스페이서(SA2)(SA3)들의 나선수로(616)로 농축시키고,

양이온 교환막(MC2)(MCc)들은 상기 B형 스페이서(SB2)(SB3)들과 하부 스페이서(SE)의 나선수로(606)를 통과하는 원수용액에서 양이온(Na+) 만을 선별하여 정전방향인 음극(-)의 상부 측으로 투과시켜서, 상측 A형 스페이서(SA2)(SA3)들과 상부 스페이서(SF)의 나선수로(616)(636)로 농축시키는 역전압 투석작용을 하게된다.

따라서 B형 스페이서(SB2)(SB3)들의 나선수로(626)는 희석실로 작용하여, 나선수로(626)를 통과하는 원수용액은 음, 양이온이 제거된 희석액으로 투석되어서 전기투석조(50)의 A측 토출구(52a)로 토출되고,

A형 스페이서(SA2)(SA3)들의 나선수로(616)는 농축실로 작용하여, 나선수로 (616)를 통과하는 원수용액은 음, 양이온이 농축된 농축액으로 투석되어서 전기투석조(50)의 B측 토출구(52b)로 토출되며,

하부 스페이서(SE)의 나선수로(606)는 양이온 만이 제거되는 반 희석실로 되어, 반 희석액의 전극판 세척액을 상부 스페이서(SF)의 내측 통수공(63e)으로 유입시키고,

상부 스페이서(SF)의 나선수로(636)는 양이온 만이 농축되는 반 농축실로 되어, 하부 스페이서(SE)로부터 유입된 반 농축액에 다시 양이온만을 반 농축한 전극판 세척액을 전기투석조(50)의 E측 토출구(52e)로 토출시키게 된다.

알려진 바와 같이 모든 전기투석조에는, 셀 유니트를 구성하는 음, 양이온교환막들과 스페이서들 간을 긴밀하게 밀액시켜서, 상호간에 다른 극성의 투석용액이 희석실과 농축실 간에 혼합되는 것을 방지하여 투석효율을 높이며, 한편으로는 희석실과 농축실을 통과하는 투석용액이 외부로 누출되는 것을 방지하는 밀액수단이 필수적으로 요구된다.

그러나 지금까지 제공된 전기투석조와 셀 유니트 구성은 대부분이 외곽형태가 사각형이고 여러 개의 조임보울트와 너트를 일정 압력으로 조이는 밀액수단이어서, 접속면적 전체의 밀액상태가 균일하지 못하고 불합리한 구성이었다.

셀 유니트가 사각프레임형태의 스페이서와 막판형의 음, 양이온교환막들을 면접속의 압착식으로 조립하는 구성에서는, 스페이서 사각프레임과의 접속하는 음, 양이온교환막의 접속부가 띠형으로 눌려지게 되는 바, 통상 전기투석조에 입력되는 원수용액이 적어도 0.5kg/cm2 이상의 압력을 갖고 입수되는 조건 하에서 합성수지재의 셀 유니트를 장시간 사용에도 누수가 없는 액밀상태로 균일하게 압착하는 것은 매우 어렵고, 대부분은 합성수지재의 음, 양이온교환막과 스페이서가 조립 중이나 사용 중에 사각 띠형 접속부가 신장 변형되거나 손상되는 문제점을 갖고 있다.

또한 가스켓을 사용하면 비 경제적이었으며, 특히 두께 1mm 내외의 얇은 박막형의 스페이서를 상하 면접속만으로 압착하는 전기투석조에서는 가스켓을 사용할 시에 스페이서와 음, 양이온교환막의 내부측에 원수 입수로와 투석용액 이동수로를 형성할 수 없어서 셀 유니트의 형태가 사각형으로 한정되는 문제점이 있었다.

본 발명에서 제공되는 전기투석조와 셀 유니트의 구성은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로서, 전기투석조와 셀 유니트의 외곽 형태를 원형으로 구성하면서, 셀 유니트의 막판형의 음, 양이온교환막들과 면접속하는 스페이서들의 수로를 좁은 폭의 나선수로가 형성되게 좁은 폭의 나선격막으로 형성하면 중앙부측과 외측 가장자리에는 다소 넓은 폭의 내, 외륜을 구비하며, 이들은 셀 유니트의 조립시에 중앙에서 하나의 조임 압박봉으로 압착하는 구성으로 실시되고 있는 것이다.

이러한 본 발명의 구성에 의하면 셀 유니트의 압착 조립시에, 막판형의 음, 양이온교환막들과 스페이서들이 하나의 압박조립봉 조임력에 의하여 전면적에서 균일하게 좁은 폭으로 압착되므로, 외곽둘레만 사각 띠형으로 접속하는 종래의 구성들에 비하여 전면적으로 균일하고 적당한 밀액구조로 압착되어, 적은 압착 압력으로도 긴밀한 밀액구조로 형성되고, 압착력의 설정이 용이하고, 압착부재인 압박봉이나 상하부 압박대의 부품들을 저강도의 것을 사용할 수 있는 경제적 이점이 있고, 조립 중이나 사용 중에 음, 양이온교환막이나 스페이서가 신장 변형되거나 손상되는 것을 방지하며, 안정적이고 확실한 밀액효과를 얻을 수 있는 것이다.

한편 본 발명에서는 상기한 음, 양이온교환막과 스페이서들의 밀액구성으로 조립되는 셀 유니트와 전기투석조의 외측으로 투석용액이 누출되는 것을 방지하기 위한, 전기투석조와 셀 유니트의 외측 밀액수단이 제공된다.

도 4~6에서는 본 발명의 다른 일 태양으로 제공되는 전기투석조 밀액수단에 대한 일 실시예 밀액튜브(88)의 실시 상태가 도시되어 있다.

이 밀액튜브(88)는 내수성이면서 내면에 접착층이 없는 또는 접착층이 있는 제반 열 수축성 튜브로 구성된다. 이 밀액튜브(88)는 상술한 바와 같이 외곽형태가 원형으로 형성된 일 실시예 전기투석조(50)의 상하부 압박대(52)(51)의 외측면 둘레와 셀 유니트(600)의 외측면 둘레에 수축상태로 압착되는 구성이다. 이 밀액튜브(88)는 수축 전의 밀액튜브(88a)의 직경은 상하부 압박대(52)(51)의 직경보다 커서 원활하게 끼울 수 있고, 수축 후에는 적어도 10kg/cm2의 압력까지 상하부 압박대(52)(51)의 외주면과 셀 유니트(600)의 외주면에 긴밀하게 압착되는 특성의 것을 사용함이 바람직하다.

상기와 같이 일 실시예 밀액튜브(88)의 구성으로 실시되는 본 발명의 열 수축튜브재의 전기투석조와 셀 유니트의 외측 밀액수단은, 상술한 본 발명의 전기투석조(50)와 셀 유니트(600)의 구성과 같이 외곽형태가 원형으로 된 제반 전기투석조와 셀 유니트들에 적용할 때에 외측면 둘레에 확실하고 균일한 수축력으로 압착되나, 경우에 따라서는 타원형이나 원형에 유사한 다각형 또는 오각형이나 사각형에도 거의 동일한 효과를 갖고 적용할 수 있는 구성이다.

이와 같이 본 발명의 구성에 있어서 상술한 여러 실시예들은 본 발명을 실시하는 바람직한 일 실시예로 제시된 것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

상기와 같은 본 발명의 전기투석조와 셀 유니트의 구성에서, 셀 유니트를 상하부 압박대에 압착 조립하여 수지탑으로 형성하는 상하부 압박대와 압착수단의 구성은 일부 구성요소를 변형시켜 실시하여서도 동일한 작용효과를 얻을 수 있다.

예를 들어, 상기 일 실시예 전기투석조(50)의 구성으로 실시된, 원판형의 상하부 압박대(52)(51)를 압박봉(53)으로 조여주는 구성은, 압박봉(53)의 재질을 상단 나사부(533)를 가질 수 있는 재질로 하면서 동일 재질로 하부 압박대(51)를 구성하여, 압박봉(53)의 하단부재인 머리부(531)를 하부 압박대(51)의 상면 중앙에 일체로 형성하는 다른 실시예 구성으로 실시할 수 있다.

이러한 구성에 의하면 일 실시예와 같이 하부 압박대(51)의 중앙에 형성하는 하부 조립공(511)이나 단턱홈(512)의 가공이나 하부 오링(532)의 부재 및 밀액구성을 생략하는 이점이 있으면서 압착력은 동일한 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한 상기와 같은 본 발명의 전기투석조와 셀 유니트의 구성에서, 셀 유니트를 상하부 압박대에 조립 정열하는 구성은 일부 구성요소를 변형시켜 실시하여서도 동일한 작용효과를 얻을 수 있다.

예를 들어, 상기 일 실시예 전기투석조(50)와 셀 유니트(600)의 구성에서 조립 정열 수단은, 상기 일 실시예 음, 양이온교환막(MA1~MA5)(MC1~MC3)들에는 가장자리 12시 방향에 조립정열공(74)을 구비하고, 상기 일 실시예 A, B형 스페이서 (SA1~SA3)(SB1~SB3)와 상,하부 스페이서(SF)(SE)들의 외륜 12시 방향에는 조립정열공(64)을 구비하며, 하부 압박대(51)에는 12시 방향에 수직선형 위치정열홈(519)이 구비되어, 하부 압박대(51)의 상면으로 셀 유니트를 조립할 때에 하부 압박대(51)의 수직선형 위치정열홈(519)에 조립위치정열봉(59)을 수직으로 끼워서, 음, 양이온교환막(MA1~MA5)(MC1~MC3)들과 A, B형 스페이서(SA1~SA3)(SB1~SB3)와 상,하부 스페이서(SF)(SE)들의 조립정열공(74)(64)을 수직선형 위치정열홈(519)에 맞춰 끼우는 방식으로 실시되고 있다.

이러한 일 실시예 조립정열수단들은 도 34, 35에 도시한 바와 같이, 음, 양이온교환막(MA1~MA5)(MC1~MC3)들에는 중앙부 조립공(703)의 둘레에서 12시 방향에 조립정열공(74a)을 형성하고, A, B형 스페이서(SA1~SA3)(SB1~SB3)와 상,하부 스페이서(SF)(SE)들에는 내륜의 12시 방향에 조립정열공(64a)을 형성하며, 하부 압박대 (51)에는 상기 다른 실시예 조립정열공(64a)(74a)들과 수선상으로 일치하는 내측 12시 방향위치에 수직선형 위치정열홈(미 도시)을 형성하는 다른 실시예 구성에 의해서도 동일한 효과를 가질 수 있는 것이다.

또한 조립정열수단들은 도 36, 37에 도시한 바와 같이, 음, 양이온교환막 (MA1~MA5)(MC1~MC3)들에는 중앙부 조립공(703)의 일측단에서 12시 방향에 반원형의 조립정열공(74b)을 형성하고, A, B형 스페이서(SA1~SA3)(SB1~SB3)와 상,하부 스페이서(SF)(SE)들에는 내륜의 12시 방향에 조립정열공(64b)을 형성하며, 하부 압박대 (51)에는 중앙에 있는 하부 조립공(511)의 일 측단에서 상기 다른 실시예 조립정열공(64a)(74a)들과 수선상으로 일치하는 내측 12시 방향위치에 반원형의 수직선형 위치정열홈(미 도시)을 형성하며, 압박봉은 외면 일측에 길이방향으로 상기 조립정열공(64b)(74b)들과 내접하는 반원형 단면의 일치하는 조립위치정열봉(59a)를 일체로 구비하는 다른 실시예 압박봉(53a)으로 형성하는 다른 실시예 조립정열수단 구성에 의해서도 동일한 효과를 가질 수 있는 것이다.

또한 본 발명의 스페이서의 구성에 실시된 나선수로의 형식은 일 실시예와 같이 내륜에서부터 외륜까지 동일한 폭으로 형성된 나선수로(616)(626)의 구성이 외에도, 나선수로(616)(626)의 폭이 외륜측에서 내륜측으로 또는 반대로 내륜측에서 외륜측으로 가면서 점차 넓어지는 형식이나, 또는 일정 간격 마다 시작부는 넓고 끝부분은 좁은 폭의 구간으로 반복되는 구성으로도 실시할 수 있는 것이다.

이러한 구성에 의하면 일 스페이서의 나선수로 내에서 투석용액의 유속이 통과하는 위치마다 상이해져서, 수 십장 이상의 스페이서로 이루어진 셀 유니트 전체를 볼 때는 투석용액의 흐름에 맥동 현상이 발생하여, 스페이서나 음, 양이온막들의 투석수로에 부분적으로 누적될 수 있는 침적물을 유속차이에 의한 맥동력으로 지속적으로 씻어 낼 수 있는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

또한 본 발명의 셀 유니트의 일 실시예 직, 병렬형 조합은, 스페이서의 내측 통수공을 상하부 압박대의 외측 가장자리로 유도하는 유도수로를, 별도로 상하부 압박대의 두께 부분에 구비하면, 일 실시예에서 상측 토출수로용으로 제공된 일부 음, 양이온교환막과 스페이서의 종류를 사용하지 않고 구성할 수도 있는 것이다.

상기와 같이 본 발명의 셀 유니트와 전기투석조의 구성에 의하면, 음, 양이온교환막들과 스페이서들이 동일한 직경을 갖는 원형의 막판형으로 형성되고, 중앙부를 하나의 압박박봉과 조립공들에 의하여 상하부 압박대 사이에 압착시키는 1점 조립식 구성이어서, 스페이서는 프레스와 사출금형들에 의한 대량 생산성을 가지고 저렴하게 제작할 수 있으며, 종래의 사각 프레임형 스페이서와 사각 막판형 음, 양이온교환막들로 구성된 종래의 셀 유니트들이 전기투석조의 상하부 압박대와 여러 개의 조임 보울트 너트로 압착하는 구성에 비하여, 신속한 조립성을 갖고, 적은 압력으로 압착시켜도 균일하고 긴밀한 밀액 효과를 얻을 수 있으며, 조립 중이나 사용 중에 음, 양이온교환막이나 스페이서들이 신장 변형되거나 손상되지 않는 효과가 있으며, 밀액상태를 장시간 지속적으로 유지할 수 있는 효과를 갖는다.

특히 스페이서의 나선수로 구성이 내, 외륜 사이에서 나선격막에 의하여 좁은 폭으로 한 줄로 형성된 구성이어서, 이 나선수로를 통과하는 투석용액이 음, 양이온교환막들과 접촉되는 양태는 좁은 폭이면서 얇은 막형으로 형성되면서, 또한 외측에서부터 내측으로 또는 내측에서부터 외측으로 음, 양이온교환막들과 골고루 접촉하게 되어, 단위 평면적당 음, 양이온교환막과의 원수용액 유효 접촉율을 현저히 증대시키고, 스페이서들의 조합 형식에 따라서 투석용액의 통과속도를 임의로 조절할 수 있으며, 음, 양이온교환막들의 투과성능을 현저히 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한 본 발명의 셀 유니트는 내, 외측 통수공들과 나선투석수로의 구성에 의하여, 원수 입수로와 투석용액 이동수로가 셀 유니트의 내부에서 내, 외측에 형성되므로, 하나의 투석조 내에서 직, 병렬형 투석회로의 조합이 용이하며, 전기투석조의 몸체 외형을 매끈하게 형성하는 효과를 갖는다.

또한 일 투석조내에서 다른 부재나 외형의 변경없이, 내부에 구비한 내, 외측 통수공들의 배치 형식에 따른 다른 형식들의 스페이서와 음, 양이온교환막들의 혼용 조합에 의하여 직, 병렬형 투석회로의 조합이 가능함으로서, 일 투석조당 투석용액의 투석회로 길이나 투석속도를 임의로 조절할 수 있다.

또한 상기한 작용효과에 의하여, 원수용액의 이온농도가 높은 해수 담수용으로 전기투석조를 사용할 때는 투석회로를 길게 하고 투과속도를 느리게 직렬형 셀 유니트를 구성하며, 원수용액의 이온농도가 낮은 수돗물이나 지하수의 정수기로 전기투석조를 사용할 때는 투석회로가 짧고 투과속도는 빠른 병렬형 셀 유니트로 구성하는 것과 같이, 원수용액의 이온농도와 사용용도에 맞추어서 소망되는 투석효율을 용이하게 조절할 수 있는 효과를 갖는다.

또한 본 발명의 셀 유니트와 전기투석조의 구성에 의하면, 전체적으로 제조원가가 저렴하고 투석효율과 내구성이 높으며 외형이 컴팩트한 전기투석조를 구성할 수 있으며, 전기투석조의 모듈화가 용이하고 투석회로를 임의의 길이로 용이하게 연장시킬 수 있으므로 제반 소형 해수 담수화장치나 정수기는 물론 중, 대형용의 제반 전기투석장치에 범용성을 갖고 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 일 태양인 밀액수단에 의하면, 셀 유니트와 전기투석조를 저렴한 가격과 간편한 조립성에 의하여 외측면 둘레를 높은 밀액성으로 유지시킬 수 있는 효과를 갖는다.

상기한 효과를 갖는 본 발명의 투과막형 전기투석조와 셀 유니트들은 해수 담수화장치, 정수장치, 연수기, 전해수 생성장치, 순수제조장치, 제염설비 또는 하수처리공정에서 폐수 중의 무기염류를 제거하는 설비 등에 적용되는 투과막형 전기투석장치의 일 구성요소로서 매우 유용하고 실용성있게 적용할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명을 적용한 일 예 전기투석장치의 정상투석모드 구성도

도 2는 본 발명을 적용한 일 예 전기투석장치의 역전투석모드 구성도

도 3은 본 발명의 일 실시예 전기투석조의 분해사시도

도 4는 본 발명의 일 실시예 전기투석조의 단면도

도 5는 본 발명의 일 실시예 전기투석조의 구성 중 셀 유니트와 하부 압박대의 조립부 일부 확대도

도 6은 본 발명의 일 실시예 전기투석조의 구성 중 하부 압박대의 전류접속구조 확대도

도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예 음이온교환막들의 평면도

도 12 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예 양이온교환막들의 평면도

도 15는 본 발명의 일 실시예 A형 스페이서의 일 형식 평단면도

도 16은 도 15의 일 실시예 A형 스페이서의 사시도

도 17은 본 발명의 일 실시예 A형 스페이서의 다른 일 형식 평단면도

도 18은 도 17의 일 실시예 A형 스페이서의 사시도

도 19는 본 발명의 일 실시예 A형 스페이서의 다른 일 형식 평단면도

도 20은 도 19의 일 실시예 A형 스페이서의 사시도

도 21은 본 발명의 일 실시예 B형 스페이서의 일 형식 평단면도

도 22는 도 21의 일 실시예 B형 스페이서의 사시도

도 23은 본 발명의 일 실시예 B형 스페이서의 다른 일 형식 평단면도

도 24는 도 21의 일 실시예 B형 스페이서의 사시도

도 25는 본 발명의 일 실시예 B형 스페이서의 다른 일 형식 평단면도

도 26은 도 25의 일 실시예 B형 스페이서의 사시도

도 27은 본 발명의 일 실시예 상부 스페이서의 평단면도

도 28은 도 27의 일 실시예 상부 스페이서의 사시도

도 29는 본 발명의 일 실시예 하부 스페이서의 평단면도

도 30은 도 29의 일 실시예 하부 스페이서의 사시도

도 31은 본 발명의 일 실시예 스페이서에 실시되는 내측 수로연결수단의 평단면도

도 32는 본 발명의 일 실시예 스페이서에 실시되는 외측 수로연결수단의 평단면도

도 33은 본 발명의 일 실시예 스페이서에 실시되는 내, 외측 수로연결수단의 측면 구성을 보인 단면도

도 34는 본 발명의 다른 실시예 음, 양이온교환막의 사시도

도 35는 본 발명의 다른 실시예 스페이서의 사시도

도 36은 본 발명의 또 다른 실시예 음, 양이온교환막의 사시도

도 37은 본 발명의 또 다른 실시예 스페이서의 사시도

도 38은 본 발명의 일 실시예 병렬형 셀 유니트의 정상투석회로 개요도

도 39는 본 발명의 일 실시예 병렬형 셀 유니트의 역전투석회로 개요도

도 40a는 본 발명의 일 실시예 병렬형 셀 유니트의 정상투석회로 중 하단 일부 개요사시도

도 40b는 본 발명의 일 실시예 병렬형 셀 유니트의 정상투석회로 중 중간부 개요사시도

도 40c는 본 발명의 일 실시예 병렬형 셀 유니트의 정상투석회로 중 상부 개요사시도

도 41은 본 발명의 일 실시예 직렬형 셀 유니트의 정상투석회로 개요도

도 42는 본 발명의 일 실시예 직렬형 셀 유니트의 역전투석회로 개요도

도 43a는 본 발명의 일 실시예 직렬형 셀 유니트의 정상투석회로 중 하단 일부 개요사시도

도 43b는 본 발명의 일 실시예 직렬형 셀 유니트의 정상투석회로 중 상부 개요사시도

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명)

100a: 일 예 전기투석장치의 정상투석모드

100b: 일 예 전기투석장치의 역전투석모드

30: 원수공급원 31: 원수공급관 31a, 31b: A, B측 원수 입수배관

32: 원수 전처리장치 33: 정압장치 34a: A측 토출관

34b: B측 토출관 34e: 전극판 세척액 토출관

44: 직류공급장치 50: 전기투석조 51: 하부 압박대

52:상부 압박대 511: 하부 조립공 512: 단턱홈

521: 상부 조립공 519: 수직선형 위치정열홈

515,525: 핀턱 51a:A측 원수 입수구 51b: B측 원수 입수구

52a: A측 토출구 52b: B측 토출구 52e: E측 토출구

516,526: 오링 522: 오링홈 528, 518 :상하부 링홈

524,514: 상,하부 전극핀공 53:일 실시예 원형 압박봉

53a:다른 실시예 압박봉 59,59a: 조립위치정열봉

531: 머리부 533: 나사부 534: 조임너트 535: 와셔

536,532: 상,하부 오링 536: 상부 오링 56,55: 상,하부 전극판

581,571: 상하부 접속편 58,57: 상,하부 전극핀

600: 병렬형 셀 유니트 610: 직렬형 셀 유니트

SA1, SA2, SA3: A형 스페이서 SB1, SB2, SB3: B형 스페이서

SF, SE: 상,하부 스페이서 601,611,621,631:스페이서의 외륜

602,612,622,632:스페이서의 내륜 603,613,623,633: 조립공

604,614,624,624: 격막지지살 605,615,625,635: 나선격막

606,616,626,636: 나선수로 64: 조립정열공

61a,61b: A형 스페이서의 외측 통수공

61c,61d,61e: A형 스페이서의 내측 통수공

62a,62b: B형 스페이서의 외측 통수공

62c,62d,62e: B형 스페이서의 내측 통수공

63a,63b,63f: 상부 스페이서의 외측 통수공

60a,60b: 하부 스페이서의 외측 통수공

60e: 하부 스페이서의 내측 통수공 63e: 상부 스페이서의 내측 통수공

65: 스페이서의 내측 유도돌기 65a: 스페이서의 외측 유도돌기

66: 스페이서의 내측 연결홈 66a: 스페이서의 외측 연결홈

MA1,MA2,MA3,MA4,MA5: 음이온교환막 MC1,MC2,MC3,MC4: 양이온교환막

703: 중앙부 조립공 73: 조립공 74: 조립정열공

71a,71b,72a,72b: 음, 양이온교환막들의 외측 통수공

71c,71d,71e,72c,72d,72e: 음, 양이온교환막들의 내측 통수공

64a,64b,74a,74b: 다른 실시예 조립정열공

80a,80b: 하부배관연결구 81a,81b,81e: 상부배관연결구

84,83: 전극홀더 841,831: 전극관 88,88a: 밀액튜브

Wa,W2a: A측 원수 입수로 Wb,W2b: B측 원수 입수로

We,W2e: 세척액 이동수로 W1a,W3a: A측 토출수로

W1b,W3b: B측 토출수로

Claims (15)

1. 양이온과 음이온을 각각 선택적으로 투과시키는 이온교환수지를 재료로 한 원형 막판이고, 중앙부에는 전기투석조의 압박봉이 끼워지는 원형 조립공이 구비되고, 상기 원형 조립공의 둘레에서 원호상으로 일정 간격을 갖고 각각 셀 유니트의 투석회로 형식에 따라 선택적으로 구비되는 수 개의 내측 통수공들이 구비되며, 가장자리에서 원호상으로 일정 간격을 갖고 각각 셀 유니트의 투석회로 형식에 따라 선택적으로 구비되는 수 개의 외측 통수공들을 구비하여 형성됨을 특징으로 한 투과막형 전기투석조의 음, 양이온교환막.
2. 제 1항에 있어서 상기 음, 양이온교환막들의 가장자리 또는 중앙부 조립공의 둘레 어느 일 측에는 조립위치 정열을 위한 조립정열공이 구비됨을 특징으로 한 투과막형 전기투석조의 음, 양이온교환막.
3. 제 1항에 있어서 상기 음, 양이온교환막들은, 상기 원형 조립공의 둘레와 가장자리에서 각각 3시, 6시, 9시 방향으로 위치하고 슬릿형의 타원으로 된 내,외측 통수공(71a)(71b)(71c)(71d)(71e)들을 셀 유니트의 투석회로 형식에 따라 선택적으로 구비하는 5가지 형태의 음이온교환막(MA1)(MA2)(MA3)(MA4)(MA5)들과, 내,외측 통수공(72a)(72b)(72c)(72d)(72e)들을 셀 유니트의 투석회로 형식에 따라 선택적으로 구비하는 3가지 형태의 양이온교환막(MC1)(MC2)(MC3)으로 구성됨을 특징으로 하는 투과막형 전기투석조의 음, 양이온교환막.
4. 음, 양이온교환막과 동일한 직경의 원판형이면서 일정 폭의 내륜과 외륜을 기본 부재로 구비하여, 상기 내륜의 중앙부에 전기투석조의 압박봉이 끼워지는 조립공이 구비되며, 상기 내륜에서 원호상으로 일정 간격을 갖고 각각 셀 유니트의 투석회로 형식에 따라 선택적으로 구비되는 수 개의 내측 통수공들과, 상기 외륜에서 원호상으로 일정 간격을 갖고 각각 셀 유니트의 투석회로 형식에 따라 선택적으로 구비되는 수 개의 외측 통수공들과, 상기 외륜과 내륜 사이에서 절반 두께를 갖고 방사형으로 연결되는 다 수의 격막지지살들과, 상기 격막지지살들에 지지되어 상기 내, 외륜의 두께와 동일한 두께를 갖고 내륜의 일 외주단에서 외륜의 일 내주단에 걸쳐 형성되는 나선격막과, 상기 나선격막에 의하여 내륜의 일 외주단에서 외륜의 일 내주단에 걸쳐 형성되며, 상기 내, 외측 통수공들의 어느 한 조와 연결되는 일정 폭의 A, B측 투석회로용의 나선수로들을 구비하는 A, B형 스페이서로 구성함을 특징으로 하는 투과막형 전기투석장치용 스페이서.
5. 제 4항에 있어서 상기 스페이서들의 나선수로는 6시 방향의 외측 통수공과 3시 방향의 내측 통수공으로 연결된 A형 스페이서를 구비하여 구성함을 특징으로 한 투과막형 전기투석장치용 스페이서.
6. 제 4항에 있어서 상기 스페이서들의 나선수로는 3시 방향의 외측 통수공과 9시 방향의 내측 통수공으로 연결된 B형 스페이서를 구비하여 구성함을 특징으로 한 투과막형 전기투석장치용 스페이서.
7. 제 4항에 있어서 상기 스페이서들의 나선수로는 3시 방향의 외측 통수공과 6시 방향의 내측 통수공으로 연결된 하부 스페이서를 구비하여 구성함을 특징으로 한 투과막형 전기투석장치용 스페이서.
8. 제 4항에 있어서 상기 스페이서들의 나선수로는 9시 방향의 외측 통수공과 6시 방향의 내측 통수공으로 연결된 상부 스페이서를 구비하여 구성함을 특징으로 한 투과막형 전기투석장치용 스페이서.
9. 셀 유니트의 일 구성요소로서, 상하부 압박대의 사이에서 중앙부가 압박봉에 끼워져 한 점 압착식 수지탑으로 조립되고, 셀 유니트의 투석회로 형식에 따라 선택적으로 수 개의 내, 외측 통수공들을 구비하는 수 개의 판형 음, 양이온교환막들과;

   셀 유니트의 일 구성요소로서, 상기 음, 양이온교환막들의 사이에서 동일한 직경과 조립구조로 적층되며, 일정 폭의 내륜과 외륜을 기본 부재로 구비하여, 상기 내, 외륜 사이에는 다 수의 방사형 격막지지살들에 의하여 지지되는 나선격막에 의하여 내륜의 일 외주단에서 외륜의 일 내주단에 걸쳐 상기 내, 외측 통수공들에서 어느 한 조와 연결되는 일정 폭의 A, B측 투석수로용의 나선수로가 형성되며, 상기 내, 외륜의 일 측에는 각각 셀 유니트의 투석회로 형식에 따라서 선택적으로 상기 음, 양이온교환막들의 내, 외측 통수공들과 일치하는 위치에 각각 수 개의 내, 외측 통수공들이 구비되는 수 개의 합성수지재 스페이서들과;

   상기 음, 양이온교환막들과 스페이서들이 교대로 적층 된 수 개의 셀 유니트들을 중앙부에서 하나의 조립 압박봉과 조임수단들에 의하여 수지탑으로 압착 밀액시키고, 상기 하부 압박대에는 각각 상기 셀 유니트의 희석실 수로와 농축실 수로에 원수용액을 분리 공급하는 A, B측 원수 입수구들이 구비되고, 상부 압박대에는 상기 셀 유니트의 A, B측 투석수로와 연통된 A, B측 토출구와, 세척액 토출수로와 연결된 E측 토출구를 구비하는 원판형의 상하부 압박대들과;

   상기 상하부 압박대들에 각각 부설되어 직류공급장치로부터 인가되는 직류전압을 접속시키는 전류접속단자들과;

   상기 전류접속단자들과 전기적으로 접속되고, 상기 셀 유니트의 상하단 스페이서들의 수로 전면적과 평면상으로 접속되며, 상기 상하부 압박대의 내측면에 밀착되는 상하부 전극판들을 구비하여 형성됨을 특징으로 한 투과막형 전기투석장치용 전기투석조.
10. 제 9항에 있어서 상기 상하부 압박대들은 원판형으로 되어 중앙부에 각각 상하부 조립공(521)(511)들을 각각 관통형으로 구비하고, 상기 상하부 조립공(521) (511)들에는 각각 오링홈(522)과 단턱홈(512)을 구비하여, 상단이 나사부(533)로 형성되고 하단에 머리부(531)를 갖는 긴 길이의 보울트형 압박봉(53)이 상하부 오링(536)(532)과 와셔(535)를 개재하여 조임너트(534)에 의하여 셀 유니트를 밀액 구조로 압착 조립하는 일정 두께의 원판형 상하부 압박대(52)(51)로 구성됨을 특징으로 하는 투과막형 전기투석장치용 전기투석조.
11. 제 9항에 있어서 상기 전류접속단자들은, 상하부 압박대(52)(51)의 일 측에 서 내측단으로 각각 핀턱(525)(515)를 갖고 관통하여 형성되는 상하부 전극핀공(524)(514)들에 대하여, 상기 상하부 전극핀공(524)(514)들과 핀턱(525) (515)에, 오링(516)(526)을 개재하여 상하부 전극판(56)(55)들의 일 측 배면에 전기적으로 접속되는 상하부 접속편(581)(571)들을 하단에 구비하며, 전도성과 내식성을 갖는 재질로 된 상하부 전극핀(58)(57)들로 구성됨을 특징으로 하는 투과막형 전기투석장치용 전기투석조.
12. 제 9항에 있어서 상기 상하부 전극판들은, 전기투석조의 하부 압박대(51)의 상면과 상부 압박대(52)의 저면에 일정 깊이로 파여진 상하부 링홈(528)(518)들에 대하여, 각각 상기 스페이서의 나선수로 면적을 수용하는 폭을 갖고 접착재에 의하여 상하부 압박대(52)(51)들의 내면과 평면상으로 부착되며, 전도성과 내식성을 갖는 재질의 링형 상하부 전극판(56)(55)들로 구성됨을 특징으로 하는 투과막형 전기투석장치용 전기투석조.
13. 하단에서부터 하부 스페이서(SE), 양이온교환막(MC2), A형 스페이서(SA2), 음이온교환막(MA3), B형 스페이서(SB1), 양이온교환막(MC1), A형 스페이서(SA1), 음이온교환막(MA1), B형 스페이서(SB1), 양이온교환막(MC1), A형 스페이서(SA1), 음이온교환막(MA3), B형 스페이서(SB2), 양이온교환막(MC3), A형 스페이서(SA3), 음이온교환막(MA4), B형 스페이서(SB3), 양이온교환막(MC2) 그리고 최상단에 상부 스페이서(SF)를 적층하여 상하부 압박대에 밀액상태로 일정 압력을 갖고 압착수단에 의하여 압착되는 병렬형 셀 유니트(600)로 구성함을 특징으로 하는 투과막형 전기투석장치용 전기투석조의 셀 유니트.
14. 하단으로부터 하부 스페이서(SE), 양이온교환막(MC2), A형 스페이서(SA2), 음이온교환막(MA5), B형 스페이서(SB2), 양이온교환막(MC3), A형 스페이서(SA3), 음이온교환막(MA4), B형 스페이서(SB3), 양이온교환막(MC2), 그리고 최상단에 상부 스페이서(SF)를 적층하여 상하부 압박대에 밀액상태로 일정 압력을 갖고 압착수단에 의하여 압착되는 직렬형 셀 유니트(610)로 구성함을 특징으로 하는 투과막형 전기투석장치용 전기투석조의 셀 유니트.
15. 수축 전의 직경은 전기투석조의 상하부 압박대의 직경보다 커서 원활하게 끼워지고, 수축 후에는 상하부 압박대의 외주면과 셀 유니트의 외주면에 긴밀하게 압착되는 내수성의 열 수축성 튜브로 구성됨을 특징으로 한 투과막형 전기투석조의 밀액튜브.