KR20090096097A - 전극 모듈 및 이를 이용한 탈이온화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 모듈에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 집전체와 전극을 보호필름을 이용하여 일체화함으로써 제조성을 향상시킬 수 있는 전극 모듈을 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 전극 모듈은 외부전원으로부터 전원을 인가받기 위한 집전체와 상기 집전체의 전원을 인가받는 전극으로 구성되는 전극 모듈에 있어서, 상기 집전체 및 상기 전극은 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 탈이온화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기화학적 방법을 이용하여 유체(액체 및 기체) 내의 이온 성분들을 제거하는 전기용량방식 탈이온화 장치에 관한 것이다.
물, 특히 지하수에는 다량의 칼슘, 마그네슘 등의 미네랄이 함유되어 있는데, 이와 같은 칼슘이나 마그네슘의 합계량을 수치화한 것을 경도라 하고, 그 수치가 높은 것을 경수, 상대적으로 수치가 낮은 것을 연수라 한다.
경수 즉, 경도가 높은 물을 세탁기 또는 식기 세척기 등에 사용하는 경우 세제와 반응하여 세정력이 저하되는 문제점이 있으며, 스팀발생 유닛 또는 히팅 유닛에 경수를 사용하는 경우 스케일(scale)이 발생하여 에너지 효율이 저하되며 노즐이 막히는 문제점이 있다.
즉, 물을 이용하는 가전제품에 경수를 사용하게 되면 세정력이 저하되고 물이 흐르는 유로상에 많은 양의 스케일이 축적되기 때문에 제품의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 이온교환수지(Ion exchange resin)를 이용한 연수장치가 제안되었다.
이온교환수지를 이용한 연수장치는 물에 포함된 경수성분인 Ca2 +와 Mg2 +이온이 이온교환수지에 주입된 NaCl의 Na+과 교환되면서 물을 연수화시키는 것으로, 이와 같은 이온교환수지를 이용한 연수장치는 주기적으로 NaCl을 주입해야 하고, 물에 함유된 불순물로 인하여 이온교환수지 자체를 교체해주어야 하는 불편함이 있다. 또한 이온교환수지를 이용하는 방법은 수지의 재생 시 산이나 염기성 용액을 사용해야 하고, 대용량의 물을 처리하기 위해서 다량의 폴리머 수지와 화학약품을 사용해야 하므로 비경제적인 단점이 있다.
최근에는 이러한 단점을 극복하기 위하여 전기용량방식 탈이온화(Capacitive Deionization, 이하 'CDI'라 한다) 장치에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
CDI 기술은 도 1에 도시한 바와 같이 다공성의(porous) 두 전극 사이에 전압을 인가하여 양극 전극(Positive electrode)에는 음이온이, 음극 전극(Negative electrode)에는 양이온이 전기적으로 흡착하여 물과 같은 유체 속에 용존하는 이온을 제거하는 간단한 원리에 기초한다. 이러한 CDI 기술은 전극에 이온의 흡착이 포화상태가 되면 전극의 극성을 반대로 바꾸어 주거나 전원 공급을 차단하는 방법을 통해 흡착된 이온들을 분리(탈착)시킬 수 있어 전극의 재생이 간편하다. 또한 CDI 기술은 전극의 재생을 위해 이온교환수지법이나 역삼투압법과 같이 산이나 염기 등의 세척용액을 사용하지 않으므로 2차적으로 발생하는 화학적 폐기물이 전혀 없고, 전극의 부식이나 오염이 거의 없어 수명이 반영구적이라는 장점을 갖추고 있다.
도 2는 종래 CDI 장치의 단위 셀(cell)의 구조 및 전원 연결을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이 종래 CDI 장치의 단위 셀(20)의 상부(도 2의 A 영역)는 전원부(30)의 양극과 연결되어 전극(14)에 전원을 인가하기 위한 집전체(12)와 양극 전극(14)으로 구성되어 있고, 단위 셀(20)의 하부는 전원부(30)의 음극과 연결되는 집전체(12)와 음극 전극(14)으로 구성되어 있다. 또한 집전체(12)와 전극(14) 사이의 접합을 위해 전도성 바인더(전도성 양면 테이프, 18)가 이용된다. 이러한 단위 셀(20)의 상부와 하부 사이로 유체(액체 또는 기체)가 통과하면서 유체 내의 이온 성분들이 전극(14)에 흡착되어 연수 과정이 진행된다.
이러한 종래 CDI 장치의 단위 셀(20)은 집전체(12)에 형성된 볼트 체결홀(12a)에 볼트가 채워짐으로 인해 전원부(30)에 연결된다.
단위 셀(20)에 전원부(30)의 연결 시 이상적인 경우에는 전원부(30)의 공급전압(Vp)이 모두 양극 전극(14)과 음극 전극(14) 사이에 인가되어야 하지만(Vp=Vc), 실제적으로는 볼트 체결에 의한 접촉 임피던스 및 기생 임피던스의 영향으로 인해 손실 전압(Vloss)이 발생한다.
즉, 양극 전극(14)과 음극 전극(14) 사이에는 전원부(30)의 공급 전압(Vp)에서 손실 전압(Vloss)을 제외한 만큼의 전압만이 인가된다. 이 때, 손실 전압(Vloss)은 아래의 [수식 1] 및 [수식 2]에 의해 산출된다.
[수식 1]
손실 전압(Vloss)=단위 셀 내의 회로를 흐르는 전류(Ip)×단위 셀 내의 총 임피던스(Ztotal)
[수식 2]
단위 셀 내의 총 임피던스(Ztotal)=볼트 체결에 의한 접촉 임피던스(Z볼트)+집전체의 기생 임피던스(Z집전체)+전도성 바인더의 기생 임피던스(Z바인더)+전극의 기생 임피던스(Z전극)
특히, 단위 셀(20) 내의 총 임피던스(Ztotal) 중 전압 손실에 가장 큰 영향을 주는 요소는 볼트 체결에 의한 접촉 임피던스인데 이러한 접촉 임피던스는 집전체(12)의 볼트 체결홀(12a)에 체결되는 볼트와 너트의 형상이나, 볼트와 너트의 조임 정도에 따라 크게 영향을 받는다. 즉, 종래의 CDI 장치를 오랜 시간 사용하게 되면 볼트의 조임 정도가 느슨해지게 되고 이에 따라 접촉 임피던스가 증가하게 되는 것이다.
도 3은 종래 CDI 장치의 스택(stack) 구조를 도시한 도면이다. 종래의 CDI 장치의 스택(stack) 구조를 형성하는 기본 단위 구조는 도 3의 B 영역에 도시한 바와 같이 전극(14)에 전원을 인가하기 위한 집전체(12)와 집전체(12)의 상부와 하부에 각각 배치되는 전극(14)으로 이루어지며, 집전체(12)와 전극(14) 사이의 접합을 위해 전도성 바인더(전도성 양면 테이프, 18)가 이용되기도 한다(다만, 전도성 바 인더 자체의 임피던스로 인해 시스템의 전기적 효율이 감소되는 경향이 있어 사용하지 않는 경우도 있다).
도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 종래 CDI 장치의 경우 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, CDI 장치의 스택(stack) 구조를 형성하는 기본 단위 구조 즉, 집전체와 전극이 일체화되어 있지 않아, 스택(stack) 구조의 조립 시 제조 불량이 발생하는 문제점이 있다. 특히, 집전체(12)로 흔히 사용되는 물질인 그라파이트(Graphite)의 경우 쉽게 부서지는 성질이 있어 스택 구조 형성 과정에서 흔히 제조 불량이 발생하게 된다.
둘째, 집전체(12)와 전원부(30) 사이의 볼트 체결에 의한 접촉 임피던스로 인해 양극 전극(14)과 음극 전극(14) 사이에 충분한 전압이 형성되지 않아 탈이온 효율이 저하되고, 이로 인해 시스템의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
셋째, 종래 CDI 장치의 스택 구조를 보면 각 단위 셀(20)에 전원을 인가하기 위한 전원 연결 단자(볼트 체결홀)가 많아 전원 인가가 번거롭다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 집전체와 전극을 보호필름을 이용하여 일체화함으로써 제조성을 향상시킬 수 있는 전극 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 집전체에 전원 연결부를 보호필름을 이용하여 일체로 형성함으로써 스택 구조의 간결화 및 접촉 임피던스를 저감할 수 있는 전극 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 복수의 전극 모듈 내의 집전체들이 하나의 집전체로 연결되어 있는 복수의 전극 모듈을 보호필름을 이용하여 일체로 일련되게 형성한 전극 모듈 및 일체로 형성된 전극 모듈의 유연성을 이용하여 일련의 전극 모듈을 스택 구조로 형성함으로써 복수의 전극 모듈 각각에 전원을 연결할 필요가 없는 탈이온화 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 모듈은 외부전원으로부터 전원을 인가받기 위한 집전체와 상기 집전체의 전원을 인가받는 전극으로 구성되는 전극 모듈에 있어서, 상기 집전체 및 상기 전극은 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 집전체와 상기 전극 사이의 접합을 위한 전도성 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 보호필름은 상기 집전체 및 상기 전극의 크기보다 소정 크기 크게 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 보호필름에는 상기 전극을 외부로 노출시키기 위한 홀(hole)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 보호필름은 폴리이미드(Polyimide)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 모듈은 외부전원으로부터 전원을 인가받기 위한 집전체와 상기 집전체의 전원을 인가받는 전극으로 구성되는 전극 모듈에 있어서, 상기 집전체에 전원을 연결하기 위한 전원 연결부가 마련되며, 상기 집전체, 상기 전극 및 상기 전원 연결부가 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전원 연결부는 납땜이 가능한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 보호필름에는 상기 전극 및 상기 전원 연결부를 외부로 노출시키기 위한 홀(hole)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 모듈은 외부전원으로부터 전원을 인가받기 위한 집전체와 상기 집전체의 전원을 인가받는 전극으로 구성되는 전극 모듈에 있어서, 복수의 전극 모듈 내의 집전체들이 하나의 집전체로 연결되며, 상기 복수의 전극 모듈이 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 일련되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 집전체의 연결부는 구리로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 집전체와 상기 전극 사이의 접합을 위한 전도성 바인더를 더 포함하고, 상기 집전체는 구리로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하나로 연결된 집전체의 일측 단부에는 전원을 연결하기 위한 전원 연결부가 마련되며, 상기 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탈이온화 장치는 한 쌍의 엔드 플레이트와 상기 엔드 플레이트 사이에 배치되어 탈이온 기능을 수행하는 복수의 전극 모듈과 상기 복수의 전극 모듈 각각이 소정 간격 이격되도록 상기 전극 모듈 사이에 배치되는 스페이서를 포함하여 구성되는 탈이온화 장치에 있어서,복수의 전극 모듈 내의 집전체들이 하나의 집전체로 연결되며, 상기 복수의 전극 모듈이 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 일련되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하나로 연결된 집전체의 일측 단부에는 전원을 연결하기 위한 전원 연결부가 마련되며, 상기 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 스페이서를 이용하여 상기 일체로 형성된 2개의 전극 모듈을 번갈아 적층함으로써 상기 2개의 전극 모듈이 소정 간격 이격되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 2개의 전극 모듈 중 어느 하나의 전극 모듈의 일측 단부는 전원의 양극과 연결되고, 다른 하나의 전극 모듈의 일측 단부는 상기 전원의 음극과 연결 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의할 경우 보호필름을 이용한 열압착 방식에 의해 집전체와 전극이 일체화된 전극 모듈을 제공함으로써 스택(stack) 구조의 조립 시 제조 불량률을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의할 경우 집전체에 전원 연결부를 보호필름을 이용하여 일체로 형성함으로써 스택 구조를 간결하게 하고, 접촉 임피던스를 저감시켜 시스템의 전기적 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의할 경우 복수의 전극 모듈 내의 집전체들이 하나의 집전체로 연결되어 있는 복수의 전극 모듈을 보호필름을 이용하여 일체로 일련되게 형성한 전극 모듈 및 일체로 형성된 전극 모듈의 유연성을 이용하여 일련의 전극 모듈을 스택 구조로 형성함으로써 복수의 전극 모듈 각각에 전원을 연결할 필요가 없어 전원 인가가 용이해지는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극 모듈(100)은 도 4a에 도시한 바와 같이 외부전원으로부터 전원을 인가받기 위한 집전체(120)와, 집전체(120)의 상부 및 하부에 각각 배치되며 전원을 인가 받아 유체 내의 용존 이온을 흡착 및 탈착하는 전극(140)과, 집전체(120)와 전극(140)을 일체화하기 위해 집전체(120) 및 전극(140) 에 부착되는 보호필름(160)을 포함하여 구성된다. 이 때, 집전체(120)와 전극(140)은 도 4a의 좌측에 도시한 순서대로 적층된 이후, 보호필름(160)을 이용한 열압착 방식에 의해 일체화된다. 이러한 방식으로 일체화된 전극 모듈(100)은 탈이온화 장치의 스택(stack) 구조를 형성하는 기본 단위 구조가 된다.
이 때, 보호필름(160)은 집전체(120) 및 전극(140)의 크기보다 소정 크기 크게 마련되며, 이 보호필름(160)에는 전극(140)을 외부로 노출시키기 위한 홀(hole, 160a)이 형성되어 있다. 전극 모듈(100)의 스택 구조 형성 시 보호필름(160)에 형성되어 있는 홀(160a)을 통해 유체가 전극(140)에 접촉하게 된다.
집전체(120)로는 부식성이 없으며 제조비용을 절감할 수 있는 탄소 포일이나 그라파이트 등이 사용될 수 있다.
전극(140)으로는 탄소 에어로젤, 탄소 나노튜브, 그라파이트 나노섬유, 활성탄소 전극, 활성탄, 금속 산화물 등 많은 기공을 가지고 있으면서 흡착 성능이 뛰어난 전도성 물질이 사용될 수 있다.
보호필름(160)으로는 절연 물질로 이루어진 필름이 사용되는데, 주로 폴리이미드(Polyimide) 필름이 사용된다.
도 4b에 도시한 전극 모듈(100)은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극 모듈의 변형 실시예로서, 도 4a에 도시한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극 모듈(100)의 구성 요소 이외에 금속의 부식 방지 및 집전체(120)와 전극(140) 사이의 접합을 위한 전도성 바인더(180)를 더 포함한다. 이 때, 전도성 바인더(180)로는 전도성 페이스트, 전도성 테이프 등이 이용될 수 있다.
도 4b에 도시한 전극 모듈(100)은 도 4a에 도시한 전극 모듈과는 달리 집전체(120)와 전극(140) 사이에 전도성 바인더(180)가 부착되어 있어, 수분(물)에 의한 집전체(120)의 부식을 방지할 수 있으므로, 집전체(120)의 재료로서 부식성이 없는 탄소 포일이나 그라파이트 포일 등의 전도체 이외에도 티타늄 등과 같은 전기 전도성이 좋은 금속, 구리와 같이 연성이 좋은 금속 등도 사용할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여 상술한 바와 같이 보호필름(160)을 이용한 열압착 방식으로 집전체(120)와 전극(140)을 일체화함으로써, 탈이온화 장치의 스택(stack) 구조 조립 시 제조 불량률을 감소시킬 수 있게 된다.
도 5a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전극 모듈의 종단면도이고, 도 5b는 도 5a의 전극 모듈을 이용한 탈이온화 장치의 스택(stack) 구조를 도시한 도면이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 전극 모듈(100)은 도 5a에 도시한 바와 같이 외부전원으로부터 전원을 인가받기 위한 집전체(120)와, 집전체(120)에 전원을 연결하기 위해 집전체(120)의 일측 단부에 마련되는 전원 연결부(120a)와, 집전체(120)의 상부 및 하부에 각각 배치되며 전원을 인가받아 유체 내의 용존 이온을 흡착 및 탈착하는 전극(140)과, 집전체(120)와 전극(140) 및 전원 연결부(120a)를 일체화하기 위해 집전체(120) 및 전극(140)에 부착되는 보호필름(160)을 포함하여 구성된다. 이 때, 집전체(120)와 전원 연결부(120a) 및 전극(140)은 도 5a의 좌측에 도시한 순서대로 적층된 이후, 보호필름(160)을 이용한 열압착 방식에 의해 일체화된다. 이러한 방식으로 일체화된 전극 모듈(100)은 탈이온화 장치의 스 택(stack) 구조를 형성하는 기본 단위 구조가 된다.
여기서 전원 연결부(120a)는 납땜이 가능한 물질(예: 구리)로 이루어진다.
또한 보호필름(160)에는 전극(140) 및 전원 연결부(120a)를 외부로 노출시키기 위한 홀(160a, 160b)이 형성된다. 이 때, 전극(140)을 외부로 노출시키기 위해 형성되어 있는 홀(160a)은 본 실시예에 따른 전극 모듈(100)의 스택 구조 형성 시 유체가 전극(140)에 접촉하도록 하기 위한 것이고, 전원 연결부(120a)를 외부로 노출시키기 위해 형성되어 있는 홀(160b)은 전원부(도 5b의 300)와 전원 연결부(120a) 간의 납땜 연결을 위한 것이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 전극 모듈에서 전원 연결부(120a)를 제외한 그 이외의 구성은 제 1 실시예에 따른 전극 모듈의 구성과 동일하므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 전극 모듈을 이용한 탈이온화 장치는 도 5b에 도시한 바와 같이 외관을 형성하는 한 쌍의 엔드 플레이트(500a, 500b)와, 보호필름(160)을 이용한 열압착 방식으로 집전체(120)와 전극(140) 및 전원 연결부(120a)가 일체화된 복수의 전극 모듈(100)과, 전극 모듈(100)에 전압을 인가하기 위한 전원부(300) 및 엔드 플레이트(500a, 500b) 내에 유체가 흐르는 유로를 형성하기 위한 스페이서(spacer, 400)를 포함하여 구성된다.
여기서 스페이서(400)는 복수의 전극 모듈(100)의 적층 시 전극 모듈(100) 사이에 배치되어 전극 모듈(100) 각각이 소정 간격 이격되도록 함으로써 유체가 흐를 수 있는 유로를 형성하게 되며, 복수의 전극 모듈(100)은 스페이서(400)에 의해 엔드 플레이트(500a, 500b) 사이에 배치되어 유로를 흐르는 유체 내의 용존 이온을 흡착 및 탈착하는 기능을 수행하게 된다.
이 때, 전원부(300)는 적층된 복수의 전극 모듈(100) 내의 집전체(120)에 마련된 전원 연결부(120a)에 납땜하는 방식으로 연결된다. 따라서, 본 실시예에 의할 경우 전극 모듈(100)에의 전원부(300) 연결 시 볼트 체결 방식이 아닌 남땜 연결 방식을 이용함으로써 스택 구조를 간결화하고, 볼트 체결에 의한 접촉 임피던스를 저감하여 시스템의 전기적 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
여기서 엔드 플레이트(500a, 500b)와 맞닿는 최상부 및 최하부의 전극 모듈(100)의 경우에는 집전체(120)의 상부 또는 하부의 어느 한 쪽에만 전극(140)을 배치한 후 보호필름(160)을 이용한 열압착 방식으로 전극 모듈(100)을 형성한다.
다만, 전원부(300)의 연결을 위해 외부로 돌출된 전극 모듈 부분(도 5b의 C 영역)의 집전체(120)를 납땜이 가능한 구리 등의 물질로 구성할 경우에는 별도의 전원 연결부(120a) 없이 집전체(120) 위에 바로 납땜하여 전원부(300)를 연결하는 것이 가능하다.
도 6a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극 모듈의 종단면도이고, 도 6b는 도 6a의 전극 모듈을 이용한 탈이온화 장치의 스택(stack) 구조를 도시한 도면이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극 모듈은 도 6a에 도시한 바와 같이 복수의 집전체(120)가 연결부(120b)를 통해 상호 연결되어 형성된 하나의 집전체(130)와, 복수의 집전체(120)의 상부 및 하부에 배치되는 복수의 전극(140)을 보호필 름(160)을 이용하여 열압착함으로써 일체로 일련되게 형성된다. 이 때, 집전체(120)의 연결부(120b)는 연성(휘어짐)이 좋은 전도체(예: 구리)로 이루어진다. 또한 하나로 연결된 집전체(130)의 일측 단부에는 전원을 연결하기 위한 전원 연결부(120a)가 마련되며, 보호필름(160)에 의해 열압착되어 집전체(130) 및 전극(140)과 함께 일체로 형성된다.
다만, 본 실시예에 따른 전극 모듈(100)의 형성 시 금속의 부식 방지 및 집전체(120)와 전극(140) 사이의 접합을 위한 전도성 바인더를 사용할 경우에는 부식의 염려가 없으므로 별도의 연결부(120b) 없이 하나로 연결된 집전체(130) 전체를 연성이 좋은 구리 등의 물질로 구성할 수도 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극 모듈을 이용한 탈이온화 장치는 도 6b에 도시한 바와 같이 외관을 형성하는 한 쌍의 엔드 플레이트(500a, 500b)와, 복수의 집전체(120)가 연결부(120b)를 통해 상호 연결되어 형성된 하나의 집전체(130) 와 복수의 집전체(120)의 상부 및 하부에 배치되는 복수의 전극(140) 및 전원 연결부(120a)가 보호필름(160)을 이용한 열압착 방식으로 일체화된 2개의 전극 모듈(100)과, 전극 모듈(100)에 전압을 인가하기 위한 전원부(300) 및 엔드 플레이트(500a, 500b) 내에 유체가 흐르는 유로를 형성하기 위한 스페이서(spacer, 400)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극 모듈(100) 내 집전체(120)의 연결부(120b)는 상술한 바와 같이 연성(휘어짐)이 좋은 구리와 같은 재료로 이루어져 있으므로 도 6b에 도시한 바와 같이 일체화된 2개의 전극 모듈(100) 각각을 S자 형 상으로 휘어지게 한 후, 스페이서(400)를 이용하여 2개의 전극 모듈(100)을 번갈아 적층함으로써 2개의 전극 모듈(100) 사이가 소정 간격 이격되도록 하여 유체가 흐를 수 있는 유로를 형성하게 된다.
여기서 2개의 전극 모듈(100) 중 어느 하나의 전극 모듈(100)의 일측 단부는 전원부(300)의 양극과 연결되고, 다른 하나의 전극 모듈(100)의 일측 단부는 전원부(300)의 음극과 연결된다.
이 때, 전원부(300)는 적층된 전극 모듈(100) 내의 집전체(120)에 마련된 전원 연결부(120a)에 납땜하는 방식으로 연결된다.
본 실시예에 의할 경우 일체로 일련되게 형성된 전극 모듈(100)의 유연성을 이용하여 전원부(300)의 양극과 전원부(300)의 음극에 대해 각각 하나씩의 전원 연결만으로 탈이온화 장치로의 전원부(300)의 연결이 가능해져 전원 인가가 용이해 지는 장점이 있다.
본 실시예에서는 제 2 실시예에서와 마찬가지로 엔드 플레이트(500a, 500b)와 맞닿는 최상부 및 최하부의 전극 모듈(100) 부분은 집전체(120)의 상부 또는 하부의 어느 한 쪽에만 전극(140)을 배치한 후 보호필름(160)을 이용한 열압착 방식으로 일체화된 전극 모듈(100)을 형성한다(도 6a의 D 부분 및 도 6b 참조).
도 1은 전기용량방식 탈이온화(CDI) 기술의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 CDI 장치의 단위 셀(cell)의 구조 및 전원 연결을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래 CDI 장치의 스택(stack) 구조를 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제 1 실시예 및 그 변형 실시예에 따른 전극 모듈의 종단면도이다.
도 5a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전극 모듈의 종단면도이고, 도 5b는 도 5a의 전극 모듈을 이용한 탈이온화 장치의 스택(stack) 구조를 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극 모듈의 종단면도이고, 도 6b는 도 6a의 전극 모듈을 이용한 탈이온화 장치의 스택(stack) 구조를 도시한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
100 : 전극 모듈 120 : 집전체
120a : 전원 연결부 120b : 연결부
140 : 전극 160 : 보호필름
180 : 전도성 바인더 300 : 전원부
400 : 스페이서 500a, 500b : 엔드 플레이트
Claims (16)
- 외부전원으로부터 전원을 인가받기 위한 집전체와 상기 집전체의 전원을 인가받는 전극으로 구성되는 전극 모듈에 있어서,상기 집전체 및 상기 전극은 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 모듈
- 제 1 항에 있어서,상기 집전체와 상기 전극 사이의 접합을 위한 전도성 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 모듈
- 제 1 항에 있어서,상기 보호필름은 상기 집전체 및 상기 전극의 크기보다 소정 크기 크게 마련되는 것을 특징으로 하는 전극 모듈
- 제 1 항에 있어서,상기 보호필름에는 상기 전극을 외부로 노출시키기 위한 홀(hole)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 모듈
- 제 1 항에 있어서,상기 보호필름은 폴리이미드(Polyimide)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극 모듈
- 외부전원으로부터 전원을 인가받기 위한 집전체와 상기 집전체의 전원을 인가받는 전극으로 구성되는 전극 모듈에 있어서,상기 집전체에 전원을 연결하기 위한 전원 연결부가 마련되며,상기 집전체, 상기 전극 및 상기 전원 연결부가 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 모듈
- 제 6 항에 있어서,상기 전원 연결부는 납땜이 가능한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극 모듈
- 제 6 항에 있어서,상기 보호필름에는 상기 전극 및 상기 전원 연결부를 외부로 노출시키기 위한 홀(hole)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 모듈
- 외부전원으로부터 전원을 인가받기 위한 집전체와 상기 집전체의 전원을 인가받는 전극으로 구성되는 전극 모듈에 있어서,복수의 전극 모듈 내의 집전체들이 하나의 집전체로 연결되며,상기 복수의 전극 모듈이 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 일련되게 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 모듈
- 제 9 항에 있어서,상기 집전체의 연결부는 구리로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 모듈
- 제 9 항에 있어서,상기 집전체와 상기 전극 사이의 접합을 위한 전도성 바인더를 더 포함하고,상기 집전체는 구리로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 모듈
- 제 9 항에 있어서,상기 하나로 연결된 집전체의 일측 단부에는 전원을 연결하기 위한 전원 연결부가 마련되며, 상기 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 모듈
- 한 쌍의 엔드 플레이트와 상기 엔드 플레이트 사이에 배치되어 탈이온 기능을 수행하는 복수의 전극 모듈과 상기 복수의 전극 모듈 각각이 소정 간격 이격되도록 상기 전극 모듈 사이에 배치되는 스페이서를 포함하여 구성되는 탈이온화 장치에 있어서,복수의 전극 모듈 내의 집전체들이 하나의 집전체로 연결되며,상기 복수의 전극 모듈이 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 일련되게 형성되는 것을 특징으로 하는 탈이온화 장치
- 제 13 항에 있어서,상기 하나로 연결된 집전체의 일측 단부에는 전원을 연결하기 위한 전원 연결부가 마련되며, 상기 보호필름에 의해 열압착되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 탈이온화 장치
- 제 13 항에 있어서,상기 스페이서를 이용하여 상기 일체로 형성된 2개의 전극 모듈을 번갈아 적층함으로써 상기 2개의 전극 모듈이 소정 간격 이격되도록 하는 것을 특징으로 하는 탈이온화 장치
- 제 15 항에 있어서,상기 2개의 전극 모듈 중 어느 하나의 전극 모듈의 일측 단부는 전원의 양극과 연결되고, 다른 하나의 전극 모듈의 일측 단부는 상기 전원의 음극과 연결되는 것을 특징으로 하는 탈이온화 장치
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