KR20150043603A - Cdi 방식의 필터 모듈 - Google Patents

Cdi 방식의 필터 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 CDI 방식의 필터 모듈은, 전극탭을 가지는 전극을 통해 CDI 방식으로 원수를 정수하는 필터부, 및 전극탭에 전기적으로 연결되어 외부 전원으로부터 전극으로 전력을 공급하는 단자부를 포함하며, 여기서 단자부는 일측 말단에서 전극탭에 접하는 전도성의 단자 플레이트와, 단자 플레이트로부터 전극탭을 향해 연장되어 전극탭을 뚫는 전도성의 단자 핀을 구비한다.

Description

CDI 방식의 필터 모듈 {CDI TYPE FILTER MODULE}
본 발명은 CDI 방식의 필터 모듈에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전극이 많이 적층되어 있다 하더라도 전극의 전극탭에 전체적으로 균일하게 전력을 공급할 수 있는 CDI 방식의 필터 모듈에 관한 것이다.
정수기와 같이 원수를 처리하여 정수수를 생성하는 수처리 장치는 현재 다양하게 개시되고 있다. 그런데 최근 EDI(Electro Deionization), CEDI(Continuous Electro Deionization), CDI(Capacitive Deionization)와 같은 전기 탈이온 방식의 수처리 장치가 각광을 받고 있다. 이들 중에서도 가장 각광을 받고 있는 것이 바로 CDI 방식의 수처리 장치이다.
CDI 방식은 전기적인 힘에 의해 전극의 표면에서 이온이 흡착되고 탈착되는 원리를 이용하여 이온(오염물질)을 제거하는 방식을 말한다. 이에 대해서 도 9와 도 10을 참조하여 보다 상술한다. 전극에 전력을 공급한 상태에서 이온을 포함한 원수를 전극의 사이로 통과시키면, 도 9에서 도시하고 있는 것과 같이 음이온은 양극으로 이동하게 되고, 양이온은 음극으로 이동하게 된다. 즉, 흡착이 일어나게 된다. 이와 같은 흡착으로 원수에 포함된 이온이 제거될 수 있다. 다만, 흡착이 계속되면 전극은 더 이상 이온을 흡착할 수 없게 된다. 이와 같은 경우 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이, 전극에 흡착된 이온들을 탈착시켜 전극을 재생시킬 필요가 있다. (이때 재생수가 생성되어 배출된다.)
이와 같이 CDI 방식은 전기적인 힘에 의해 이온(오염물질)을 제거한다. 따라서 CDI 방식의 필터가 작동하려면, 전극으로 전력을 공급할 필요가 있다. 그러나 전도성의 플레이트를 단순히 전극의 전극탭에 접촉시키는 것만으로는 전극으로 원활하게 전력을 공급할 수 없다는 문제가 있다. 특히 CDI 방식의 필터는 통상적으로 수많은 전극이 적층되어 형성되기 때문에, 이와 같은 문제는 매우 심각하게 인식되고 있다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극이 많이 적층되어 있다 하더라도 전극의 전극탭에 전체적으로 균일하게 전력을 공급할 수 있는 CDI 방식의 필터 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 CDI 방식의 필터 모듈은, 전극탭을 가지는 전극을 통해 CDI 방식으로 원수를 정수하는 필터부, 및 전극탭에 전기적으로 연결되어 외부 전원으로부터 전극으로 전력을 공급하는 단자부를 포함하며, 여기서 단자부는 일측 말단에서 전극탭에 접하는 전도성의 단자 플레이트와, 단자 플레이트로부터 전극탭을 향해 연장되어 전극탭을 뚫는 전도성의 단자 핀을 구비한다.
본 발명에 따른 CDI 방식의 필터 모듈은, 단자 플레이트로부터 전극탭을 향해 연장되어 전극탭을 뚫는 전도성의 단자 핀을 구비하기 때문에, 단자 플레이트가 직접 접촉하지 않은 전극탭까지도 전체적으로 원활하게 전력을 공급할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 필터 모듈을 도시하고 있는 조립 사시도
도 2는 도 1의 필터 모듈을 도시하고 있는 분해 사시도
도 3은 도 1의 필터 모듈 중 필터부의 전극 파트와 단자부를 도시하고 있는 분해 사시도
도 4는 도 2의 A-A선에 따른 단면도
도 5은 본 발명의 실시예 2에 따른 필터 모듈 중 필터부의 전극 파트와 단자부를 도시하고 있는 조립 사시도
도 6은 도 5의 전극 파트와 단자부를 도시하고 있는 분해 사시도
도 7은 상부 프레스와 하부 프레스로 단자부를 압착하기 전을 도시하고 있는 단면도
도 8은 상부 프레스와 하부 프레스로 단자부를 압착한 후를 도시하고 있는 단면도
도 9는 CDI 방식에서 정수가 이루어지는 원리를 설명하고 있는 개념도
도 10은 CDI 방식에서 재생이 이루어지는 원리를 설명하고 있는 개념도
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 필터 모듈을 도시하고 있는 조립 사시도이고, 도 2는 도 1의 필터 모듈을 도시하고 있는 분해 사시도이다. 그리고 도 3은 도 1의 필터 모듈 중 필터부의 전극 파트와 단자부를 도시하고 있는 분해 사시도이고, 도 4는 도 2의 A-A선에 따른 단면도이다. 도 1과 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 본 실시예에 따른 필터 모듈은 기본적으로 필터부(100)와 단자부(200)를 포함한다.
필터부(100)는 CDI 방식으로 원수를 정수하는 역할을 한다. 보다 구체적으로 필터부(100)는 원수를 정수하는 전극 파트(110)와, 전극 파트(110)를 수용하는 케이스 파트(130)를 포함한다. 우선, 필터부(100)의 전극 파트(110)를 살펴본다. 전극 파트(110)는 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 전극(111, 113)과 세퍼레이터(112)가 교대로 적층되어 형성된다. 이때 전극은 양극(111)과 음극(113)을 포함한다. 즉, 전극 파트(110)는 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 양극(111), 세퍼레이터(112) 및 음극(113)이 반복적으로 적층되어 형성된다. (세퍼레이터는 양극과 음극의 사이에 간격을 형성한다.)
그런데 전극(111, 113)은 흑연 포일(graphite foil)의 양면에 활성탄(activated carbon)을 도포하여 형성될 수 있다. 이때 흑연 포일은 활성탄이 도포되는 본체 부분(도 3에서 빗금이 표시된 부분 참조)과, 본체 부분으로부터 돌출되되 활성탄이 도포되지 않은 돌출 부분(111a, 113a)을 포함할 수 있다. 여기서 돌출 부분(111a, 113a)은 전극(111, 113)의 전극탭(111a, 113a)을 형성한다. 이와 같은 전극탭(111a, 113a)을 통해 전극(111, 113)에 전력을 공급하여 필터부(100)를 작동시킬 수 있다.
한편, 전극 파트(110)는 복수 개의 전극(111, 113)을 포함한다. 즉, 전극 파트(110)는 복수 개의 양극(111)과 복수 개의 음극(113)을 포함한다. 여기서 양극(111)과 음극(113)은 전기적으로 서로 분리될 필요가 있다. 따라서 양극(111)의 양극탭(111a)과 음극(113)의 음극탭(113a)은 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 서로 이격되는 것이 바람직하다. 즉, 양극(111)의 양극탭(111a)과 음극(113)의 음극탭(113a)은 서로 다른 극성끼리 서로 이격되는 것이 바람직하다.
그러나 양극(111)의 양극탭(111a)과 음극(113)의 음극탭(113a)은 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 서로 같은 극성끼리는 서로 같은 위치에서 서로 같은 방향으로 돌출되는 것이 바람직하다. (따라서 양극탭은 양극탭끼리 적층되어 양극탭 그룹을 형성하고 음극탭은 음극탭끼리 적층되어 음극탭 그룹을 형성하며, 후술할 단자부는 양극탭 그룹과 음극탭 그룹에 각각 구비된다.) 이와 같으면, 양극(111)의 양극탭(111a)과 음극(113)의 음극탭(113a)에 각각 서로 다른 극성으로 전원을 공급하기 편리하다.
다음으로 필터부(100)의 케이스 파트(130)를 살펴본다. 케이스 파트(130)는 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이 전극 파트(110)를 수용한다. 보다 구체적으로 케이스 파트(130)는 상부에 개구(132)가 형성되고 내부에 전극 파트(110)가 수용되는 하부 케이스(131), 및 하부 케이스(131)의 개구(132)를 밀폐하는 상부 케이스(136)를 포함한다. 즉, 필터부(100)는 하부 케이스(131)의 개구(132)를 통해 전극 파트(110)를 하부 케이스(131)의 내부로 삽입한 다음, 하부 케이스(131)의 개구(132)를 상부 케이스(136)로 밀폐하는 구조를 가진다.
이때 하부 케이스(131)는 측부에 원수가 입수되는 입수구(133)를 가지고 상부 케이스(136)는 상부에 정수수가 출수되는 출수구(137)를 가진다. 따라서 원수는 입수구(133)를 통해 케이스 파트(130)의 내부로 공급되어 전극 파트(110)를 통해 정수된 다음에 출수구(137)를 통해 케이스 파트(130)의 외부로 배출된다.
다음으로 단자부(200)를 살펴본다. 단자부(200)는 전극탭(111a, 113a)에 전기적으로 연결되어 외부 전원(미도시)으로부터 전극(111, 113)으로 전력을 공급하는 역할을 한다. 보다 구체적으로 단자부(200)는 도 2 내지 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 일측 말단에서 전극탭(111a, 113a)에 접하는 전도성의 단자 플레이트(210)와, 단자 플레이트(210)로부터 전극탭(111a, 113a)을 향해 연장되어 전극탭(111a, 113a)을 뚫는 전도성의 단자 핀(220)을 구비한다. (단자 플레이트의 일측 말단에 전극탭이 접한 상태에서 단자 플레이트의 타측 말단에 전력을 공급하면 단자 플레이트를 통해 전극탭으로 전력이 공급될 수 있다.)
전극(111, 113)은 전술한 바와 같이 흑연 포일의 양면에 활성탄을 도포하여 형성될 수 있다. 그런데 흑연 포일은 전류가 두께 방향으로 잘 흐르지 못하는 특성을 가지고 있다. 따라서 전극탭의 가장 외측에 단순히 단자 플레이트(210)를 접촉시키면 단자 플레이트(210)로부터 멀리 떨어진 전극탭까지 전류가 잘 흐르지 못한다는 문제가 생긴다. (참고로, 전극탭에 접한다면 단자 플레이트는 전극탭의 가장 외측뿐만 아니라, 전극탭의 사이에도 위치할 수 있다.)
이러한 문제를 해결하기 위해 본 실시예에서 단자부(200)는 단자 핀(220)을 구비한다. 즉, 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 단자 핀(200)은 단자 플레이트(210)가 접하는 전극탭을 뚫어서, 단자 플레이트(210)가 접하는 전극탭에 인접한 다른 전극탭까지 접촉하기 때문에, 본 실시예에서 단자부(200)는 단자 플레이트(210)가 직접 접촉하지 않은 전극탭까지도 원활하게 전력을 공급할 수 있다.
한편, 단자 플레이트(210)는 스테인리스 스틸(stainless steel)로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 후술할 단자 밴드(230)도 동일하다. 스테인리스 스틸은 가격이 저렴하면서도 전기 전도성이 양호하기 때문이다. 그러나 스테인리스 스틸은 전류의 흐름에 따라 산화되어 녹이 발생할 수 있다는 한계가 있다. 이와 같은 한계를 극복하기 위해 단자 플레이트(210)를 티타늄(Ti)으로 형성하는 것도 고려할 수 있다. 그러나 티타늄은 전류의 흐름에 따라 산화되어 전기 전도성이 약화될 수 있다는 한계가 있다.
따라서 단자 플레이트(210)는 백금(Pt)로 형성되는 것이 가장 바람직하다. 이는 후술할 단자 밴드(230)도 동일하다. 백금은 산화되어 녹이 발생한다거나 전기 전도성이 약화된다는 문제가 발생하지 않기 때문이다. 다만, 고가라는 점을 고려하여 표면에 백금(Pt)을 코팅하여 단자 플레이트(210)를 형성하는 것도 고려할 수 있다.
그런데 단자부(200)는 단자 플레이트(210)와 함께 전극탭(111a 또는 113a)을 감싸는 전도성의 단자 밴드(230)를 더 포함할 수 있다. 단자 밴드(230)는 단자 플레이트(210)와 함께 전극탭(111a, 113a)을 감싸기 때문에, 단자 플레이트(210)가 직접 접촉한 전극탭으로부터 가장 멀리 떨어진 반대쪽 전극탭까지도 원활하게 전력을 공급할 수 있다.
이때 단자 밴드(230)는 전극탭(111a, 113a)이 내측으로 가압되게 단자 플레이트(210)와 함께 전극탭(111a, 113a)을 감싸는 것이 바람직하다. 전극탭과 전극탭 사이가 이격되면 전극탭에서 전극탭으로 전력을 공급하기 어렵다. 따라서 전극탭(111a, 113a)이 내측으로 가압되게 단자 밴드(230)가 단자 플레이트(210)와 함께 전극탭(111a, 113a)을 감싸면, 전극탭과 전극탭 사이가 이격되지 않을 수 있어 전력 공급에 유리하다.
또한 단자 밴드(230)는 전극탭(111a, 113a)의 외측에서 단자 플레이트(210)와 함께 전극탭(111a, 113a)을 적어도 한 바퀴 감싸는 것이 바람직하다. 이와 같이 단자 밴드(230)가 전극탭(111a, 113a)을 한 바퀴 감싸면, 단자 플레이트(210)와 직접 접촉하지 않은 전극탭(111a, 113a)에 모두 원활하게 전력을 공급할 수 있기 때문이다. 다만, 필요에 따라 단자 밴드는 C 자 형태로 형성되어 전극탭의 일부만 감쌀 수도 있다.
실시예 2
도 5은 본 발명의 실시예 2에 따른 필터 모듈 중 필터부의 전극 파트와 단자부를 도시하고 있는 조립 사시도이고, 도 6은 도 5의 전극 파트와 단자부를 도시하고 있는 분해 사시도이다. 참고로, 전술한 구성과 동일한 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 또는 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 따른 필터 모듈은 필터부의 구성에 있어 실시예 1에 따른 필터 모듈과 차이가 있다. 이에 이하에서 필터부를 중심으로 설명한다. 본 실시예에서 필터부는 전극 파트(1110)와 케이스 파트(미도시)를 포함한다. 여기서 전극 파트(1110)는 도 5와 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이, 양극탭(1111a)과 음극탭(1113a)이 서로 다른 방향으로, 보다 구체적으로 서로 반대 방향으로 돌출된다는 점에서 실시예 1에 따른 전극 파트(110)와 차이가 있다. 이와 같으면 양극탭(1111a)과 음극탭(1113a)을 보다 확실하게 전기적으로 분리시킬 수 있다.
도 7과 도 8을 참조하여 본 실시예에 따른 필터 모듈을 제조하는 방법을 보다 자세히 설명한다. 도 7은 상부 프레스와 하부 프레스로 단자부를 압착하기 전을 도시하고 있는 단면도이고, 도 8은 상부 프레스와 하부 프레스로 단자부를 압착한 후를 도시하고 있는 단면도이다.
도 7에서 도시하고 있는 것과 같이, 먼저 상부 프레스(310)와 홈을 가지는 하부 프레스(320)의 사이에 단자 플레이트(210), 전극탭(1111a), 평판 형상의 플레이트(230a)를 위치시킨다. 그런 다음 상부 프레스(310)를 하부 프레스(320)로 이동시키면, 단자 플레이트(210)가 전극탭(1111a)에 밀착되면서 평판 형상의 플레이트(230a)가 양쪽 단부에서 상측으로 절곡된다.
그런 다음 플레이트(230a)의 양쪽 단부를 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이 전극탭(1111a)을 향해 절곡시키면, 단자 밴드(230)가 단자 플레이트(210)와 함께 전극탭(1111a)을 감싸는 형태를 형성할 수 있다. 이와 같이 단자 밴드(230)는 전극탭의 일측 최외측에 단자 플레이트(210)가 위치한 상태에서, 단자 플레이트(210)의 외측이나 전극탭의 타측 최외측에 위치한 평판 형상의 플레이트(230a)를 전극탭을 향해 절곡하여 형성될 수 있다. 이는 전술한 실시예 1에도 동일하게 적용될 수 있다. 이와 같이 단자 밴드(230)를 형성할 때 단자 밴드(230)의 양쪽 단부를 전극탭(1111a)을 향해 강하게 절곡시키면, 단자 밴드(230)로 인해 전극탭(1111a)이 내측으로 강하게 가압될 수 있다.
100: 필터부 110: 전극 파트
111: 양극 111a: 양극탭
112: 세퍼레이터 113: 음극
113a: 음극탭 130: 케이스 파트
131: 하부 케이스 132: 개구
133: 입수구 136: 상부 케이스
137: 출수구 200: 단자부
210: 단자 플레이트 220: 단자 핀
230: 단자 밴드

Claims (11)

  1. 전극탭을 가지는 전극을 통해 CDI 방식으로 원수를 정수하는 필터부; 및
    상기 전극탭에 전기적으로 연결되어 외부 전원으로부터 상기 전극으로 전력을 공급하는 단자부를 포함하며,
    상기 단자부는 일측 말단에서 상기 전극탭에 접하는 전도성의 단자 플레이트와, 상기 단자 플레이트로부터 상기 전극탭을 향해 연장되어 상기 전극탭을 뚫는 전도성의 단자 핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 필터 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단자부는 상기 단자 플레이트와 함께 상기 전극탭을 감싸는 전도성의 단자 밴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 필터 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 단자 밴드는 상기 전극탭이 내측으로 가압되게 상기 단자 플레이트와 함께 상기 전극탭을 감싸는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 필터 모듈.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 단자 밴드는 상기 전극탭의 외측에서 상기 단자 플레이트와 함께 상기 전극탭을 적어도 한 바퀴 감싸는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 필터 모듈.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 단자 밴드는 상기 전극탭의 일측 최외측에 상기 단자 플레이트가 위치한 상태에서, 상기 단자 플레이트의 외측이나 상기 전극탭의 타측 최외측에 위치한 평판 형상의 플레이트를 상기 전극탭을 향해 절곡하여 형성되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 필터 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 단자 플레이트는 스테인리스 스틸로 형성되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 필터 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 단자 플레이트는 백금(Pt)으로 형성되거나 표면에 백금(Pt)이 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 필터 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 단자 핀은 상기 단자 플레이트가 접하는 전극탭을 뚫어서 상기 단자 플레이트가 접하는 전극탭에 인접한 다른 전극탭까지 접촉하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 필터 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터부는 양극탭을 가지는 양극, 세퍼레이터 및 음극탭을 가지는 음극이 반복적으로 적층되어 형성되는 전극 파트와, 상기 전극 파트를 수용하는 케이스 파트를 포함하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 필터 모듈.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 양극탭과 상기 음극탭은 서로 같은 극성끼리 서로 같은 위치에서 서로 같은 방향으로 돌출되되, 서로 다른 극성끼리 서로 이격되거나 서로 다른 방향으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 필터 모듈.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 단자부는 상기 양극탭이 적층된 양극탭 그룹과 상기 음극탭이 적층된 음극탭 그룹에 각각 1개씩 구비되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 필터 모듈.
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