KR0145462B1 - 전기이온 제거장치 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체속에 용해되어 있는 이온성분이나 염을 완전하게 분리 제거하여 순수하게 처리하는 전기 이온 제거장치 모듈에 관한 것으로 종래의 전기투석장치나 전기 이온 제거장치는 평평한 판넬형태의 음이온교환막, 양이온교환막등이 나란히 정렬된 형태로서 상자모양의 입형이나 평형의 형태를 이루며 형태가 복잡할 뿐 아니라 시스템을 구성할 경우 연결 배관등이 매우 복잡하게 구성되며 여러개의 구멍들로 유체 출입구가 구성되어 유체와 외부와의 밀봉이 어려워 장치를 통과하는 액체의 압력에 의하여 유체의 누출 현상이 빈번하게 일어나 정수작용에 문제가 있으나 본 발명에서는 원통형의 압력용기를 구비하여 전체적인 형상을 원통형으로 하며, 압력용기의 내부로 유체를 유입하는 유체입구를 하나만 구비하여 직접 처리부나 농축부로 유체를 공급하도록 하여 유체의 누출을 방지하도록 하며, 이온교환막의 일측만 접착하여 이온교환수지를 충진하고 타측은 이온교환막을 부착하지 않고 탈착이 가능하도록 하여 필요시 스페이서 내부의 이온교환수지를 교체할 수 있도록 하며, 처리효율을 극대화 하기 위하여 유체의 통과 길이를 최대로 확장할 수 있도록 나선형태로 유체통로를 형성함을 특징으로 한다.

Description

전기 이온 제거장치 모듈.(Modules for Electrodeionization Apparatus.)

제1도는 본 발명 전기이온 제거장치 조립상태 내부구조측단면도.

제2도는 본 발명 장치내의 단위 셀 스페이서 평면도.

제3도는 본 발명 단위 셀 스페이서의 분리 사시도.

제4도는 본 발명의 공정유체 흐름도.

제5도는 전기 이온 제거 장치의 원리도.

제6도는 전기 이온 제거 장치의 또 다른 원리도.

제7도는 종래의 전기 이온 제거 장치 구성도.

제8도는 제7도 전기 이온 제거 장치의 공정유체 흐름도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100:모듈 몸체 101:공급유체입구

102:드레인 출구 110:상부덮개

115:0-링 120:하부덮개

130:양의 전극 131:전극연결부

140:음의 전극 141:전극연결부

150:처리수집수관 155:통공

156:조임너트 160:농축수집수관

170:전극유체통로 171:전극부유체출구

200:셀 스페이서 201:유로 유도판

202:유체유로 203:유입액체입구

204:농축수통로 205:처리수통로

210:농축부스페이서 220:처리부스페이서

230:전극부스페이서 240:이온교환막

241:음이온교환막 242:양이온교환막

250:이온교환수지

본 발명은 정수장치에 관한 것으로 특히 유체속에 용해되어 있는 이온성분이나 염을 완전하게 분리 제거하여 순수하게 처리하는 전기 이온 제거장치 모듈에 관한 것이다.

실험실이나 발전용수 및 정밀화학분야 기타 의약품의 제조시 사용되는 물은 불순물을 포함하지 않은 순수한 물을 사용하여야만 한다. 이와 같은 순수한 물을 얻기 위하여 유체속에 포함되어 있는 이온이나 염의 성분을 분리하는 장치로서 일반적으로 사용하는 장치에는 전기투석장치와 전기 이온 제거장치가 있다.

상기 전기투석장치는 이온 교환막과 전기를 이용하여 유체 속의 이온이나 염의 성분을 분리하는 장치이다.

전기투석장치는 양이온 교환막과 스페이서(SPACER) 및 음이온 교환막을 1조로 셀 페어(CELL PAIR) 를 구성하고, 이와 같은 셀 페어들을 여러개 연결하여 양극과 음극사이에 설치하여 전기투석장치를 구성한다. 통상의 전기 이온 제거장치에 있어서의 작동원리는 제5도 및 제6도에 도시한 바와 같은 원리로 작동된다.

즉 전기이온제거장치에 적용되는 음이온교환막(41)은 음이온만을 통과시키는 특성이 있고, 양이온교환막(42)은 양이온만을 통과시키는 특성을 가지고 있으므로 이와 같은 특성을 이용하여 유체내의 이온성분을 분리하는 것이다.

제5도는 일실시예로서 중앙 내측의 음이온 교환막(41)과 양이온교환막(42) 사이의 처리수 부(20)에는 이온교환수지(10)를 충진하고, 상기 음이온교환막(41)과 양이온교환막(42)의 외측에는 각각 또 다른 양이온교환막(42)과 음이온교환막(41)을 설치하여 농축부(30)을 형성한다.

이와 같이 배열 설치된 장치의 양측에 직류 전기를 공급하여 양측에 전극을 형성시켜 준 다음 처리할 유체를 처리수 부(20)부분(DILUTE SPACER) 으로 유입하면 이 유체증의 음이온은 양극쪽으로 이동되며, 따라서 음이온만 통과되는 음이온교환막(41)을 통과하게 된다.

상기 음이온교환막(41)을 통과한 음이온은 +전극과의 사이에 설치된 양이온교환막(42)에 의하여 이동이 차단되어 농축수부(CONCENTRATION

SPACER)(30)에서 농축된다.

또한 이 유체 등의 양이온은 음극쪽으로 이동되며, 양이온만 통과되는 양이온교환막(42)을 통하여 이동하여 상기 음이온과 마찬가지로 타측의 농축수부(30)에 농축되어 유입유체에 의해 혼합되어 폐액으로 배출된다.

이렇게 하여 처리수 부분(DILUTE SPACER)의 유체는 이온이 제거되어 처리된 순수한 유체를 얻게 된다.

또한 상기 전기투석장치의 원리에 이온교환수지를 적용하여 효율을 높이고 처리 순도를 높인 장치로서 제7도에 도시된 바와 같은 전기 이온 제거장치가 널리 사용되고 있다.

상기 제5도 또는 제6도와 같은 장치를 다수개 적층하여 구성되는 것이다.

즉 이와 같은 종래의 전기 이온 제거장치의 구성은 양이온 교환막(42)과 음이온 교환막(41) 사이의 처리수 부(DILUTE SPACER)(20)에 이온교환수지(10)를 충진하여 하나의 셀을 구성하고, 농축수 부(CONCENTRATION SPACER)(30)에는 스크린 스페이서(SCREEN SPACER)나 이온교환수지를 충진한 스페이서를 적용하여 음극과 양극사이에 이를 여러개 조립하여 구성한다.

이와 같은 전기투석장치와 전기 이온 제거장치의 작동 원리에 있어서 유체의 흐름은 제8도에 도시된 바와 같은 것으로서 상호 유사하다.

상기와 같은 종래의 전기투석장치나 전기 이온 제거장치는 평평한 판넬형태의 음이온교환막, 양이온교환막등이 나란히 정렬된 형태로서 직사각형이나 정사각형과 같은 상자모양의 입형이나 평형의 형태를 이루고 있다.

또한 유입 유체입구, 처리 유체출구, 농축부의 세척 유체 입구 및 출구, 전극부분의 유입 유체 입구 및 출구등 다수의 구성요소가 이온교환막, 스페이서(SPACER), 덮개(COVER PLATE) 및 지지덮개와 동일 부분에 위치하게 되어 매우 복잡하며, 여러개의 구멍들로 유체 출입구가 구성되어 있다.

또한 유체들의 혼합 및 누수를 방지하기 위하여 밀봉용으로 사용되는 부분이 스페이서와 이온 교환막의 많은 부분을 점유하고 있다.

따라서 실제 처리에 사용되는 이온 교환막의 면적이 적으며, 유체와 외부와의 밀봉이 어려워 장치를 통과하는 액체의 압력에 의하여 유체의 누출 현상이 빈번하게 일어난다.

또한 전기이온 제거장치는 이온교환수지를 충진하고 수지를 충진상태로 유지하기 위하여 스페이서의 양면에 양이온 교환막과 음이온 교환막을 부착하기 때문에 이온 교환막과 스페이서와 접착되는 부분이 많아 사용할 수 있는 막 면적의 감소를 가져오고 보수시점에서 이온교환수지 교체가 필요할 때는 수지만을 교체할 수 없어 셀 페어(CELL PAIR)전체 부분을 교체해야 한다.

이와 같이 기존의 전기투석장치와 전기이온 제어장치는 구성이 복잡할 뿐 아니라 시스템을 구성할 경우 연결 배관등이 매우 복잡하게 구성되어야 하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명에서는 전기투석장치와 전기이온 제거장치의 형상을 원통형으로 하여 구조를 단순히 하면서도 작용 효과를 배가시킨 전기 이온 제거장치 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 별도의 원통형의 압력용기를 구비하여 전체적인 형상을 원통형으로 하며, 압력용기의 내부로 유체를 유입하는 유체입구를 하나만 구비하여 직접 처리부나 농축부로 유체를 공급하도록 하여 유체의 누출을 방지하도록 하며, 이온교환막의 일측만 접착하여 이온교환수지를 층진하고 타측은 이온 교환막을 부착하지 않고 탈착이 가능하도록 하여 필요시 스페이서 내부의 이온교환수지를 교체할 수 있도록 하며, 처리효율을 극대화하기 위하여 유체의 통과 길이를 최대로 확장할 수 있도록 나선형태로 유체통로를 형성함을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 조립상태 측단면도로서 구성은 다음과 같다.

원통형의 모듈 몸체(100)의 상부와 하부에 각각 상부덮개(110)와 하부덮개(120)가 설치되며, 일측 측면에 공급유체입구(101)와 타측에 드레인출구(102)가 각각 구비되어 있다.

상기 상부덮개(110)와 하부덮개(120)의 내측으로는 각각 양의 전극(130)과 음의 전극(140)이 설치되며, 상기 양의 전극(130)과 음의 전극(140)에는 각각 전극연결부(131)(141)가 외부로 돌출되어 있다.

내부에는 원형판 형태로 된 다수의 셀 스페이서(200)가 연속적으로 밀착 적층되어 있으며, 중심부에는 처리수집수관(150)과 농축수집수관(160)이 나란히 설치되어 있다.

상기 처리수집수관(150)과 농축수집수관(160)은 다수의 통공(155)이 뚫어 설치된 관으로서 각 셀 스페이서(200)의 농축수통로(204)와 처리유체통로(205)에 연결되어 각각 처리수와 농축수가 서로 섞이지 않고 집수되도록 하는 것이다.

상기 제1도에서 내부에 다수개가 연속적으로 적층 설치되는 농축부 스페이서(210)와 처리부 스페이서(220)를 이루는 셀 스페이서(200)는 제2도와 같은 평원반 형태이다.

제2도의 셀 스페이서(200)는 폴리프로필렌과 같은 고분자 폴리머나 전도성 폴리머들로 만들어 지며, 이온교환막과 같은 재질인 경우 부착되는 이온교환막(240)과 한 몸체로 만들어 질 수도 있다.

셀 스페이서(200)의 중심부에는 농축수통로(204) 1개와 처리수통로(205) 1개 및 전극유체통로(170) 2개로 구성된다.

각 셀 스페이서(200)는 불투과성을 갖는 나선상의 유로 유도판(201)에 의해 유체가 통과하는 2개 이상의 유체유로(202)가 형성된다.

상기 유로 유도판(201)은 5㎜이하이며, 유로의 폭은 10-30㎜이내이며 한 유로의 길이는 500-1500㎜내외이며, 스페이서 크기는 직경이 100㎜이상 가능하지만 200㎜ 400㎜가 적당하다.

또한 스페이서 두께는 0.5㎜ 6㎜사이로 구성된다.

본 발명 전기이온 제거장치를 더욱 구체적으로 설명하면 모듈을 이루는 모듈몸체(100)와 상부덮개(110) 및 하부덮개(120)의 내부에는 양단에 각각 양의 전극(130)과 음의 전극(140)이 배치되고 내측에 각각 전극부 스페이서(230)가 설치된다.

상기 전극부 스페이서(230)의 내측에는 농축부 스페이서(210), 처리부 스페이서(220)와 이온 교환막(240)과 이온 교환수지(250)로 이루어 진다.

즉 상기 처리부 스페이서(220)의 한쪽면에는 이온 교환막(240)을 부착하고 상기 처리부 스페이서(220)내부에 양이온 교환수지 또는 음이온 교환수지 또는 양이온교환수지와 음이온교환수지가 혼합된 혼합수지(250)를 채운다.

농축부 스페이서(210)의 아래부분(즉, 처리부 스페이서(220)상부와 연결부위)에는 처리부 스페이서(220)와 부착된 이온 교환막과 서로 다른 이온교환막을 부착한다.

즉 처리부 스페이서(220)에 양이온 교환막을 부착한 경우 농축부 스페이서(210)에는 음이온 교환막을 부착한다.

또한 상기 스페이서의 내부에는 이온교환수지(양, 음이온교환수지 혹은 혼합수지)를 채운다.

농축부 스페이서(210)는 이온교환수지가 충진되지 않은 망사형 형태로 사용되는 경우 처리부 스페이서(220)의 윗부분에 처리부 스페이서(220)에 부착된 이온 교환막과 다른 이온 교환막을 부착하고 그 위에 농축부 망사형 스페이서를 놓아 모듈을 구성한다.

본 발명의 조립상태는 제1도에 도시된 바와 같이 상부 덮개(110)와 하부 덮개(120)는 0-링(115)에 의해 모듈 몸체(100)와 밀봉되어 유체가 유출되지 않도록 하며, 상기 덮개(110)(120)는 농축수 집수관(160)와 처리수집수관(150)을 너트(156)에 의해 고정되어 장치를 구성한다.

농축수집수관(160)과 처리수집수관(150)은 중심부가 비어있는 파이프와 같은 형태로 몸체에는 농축유체와 처리유체가 빠져 나올 수 있는 작은 통공(155)이 여러개 뚫어 있는 것으로 주로 스테인레스 재질로 만들어 진다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 살펴본다.

유체가 압력용기인 모듈 몸체(100)의 유체유입구(101)를 통해 유입되면 유입된 모듈 몸체(100)내에서 상 하부에 설치된 양의 전극(130)와 음의 전극(140)사이에 다단계로 설치된 농축부 스페이서(210)와 처리부 스페이서(220)로 유입되게 된다.

즉 유체가 처리부 스페이서(220)의 유입액체입구(203)을 통하여 유입되어 유체유로(202)를 따라 지나면서 처리된 유체는 첨부도면 제1도의 처리수 집수관(150)의 통공(155)을 통해 모여 처리수 집수관(150)으로 모아져 배출된다.

상기 제2도의 셀 스페이서(220)를 180˚회전시키면 서로 다른 스페이서로 전환 사용된다.

즉 처리부 스페이서(220)를 180˚돌리면 농축부 스페이서(210)로 사용되며, 이 경우 처리수 통로(205)가 농축수 통로(204) 역할을 하게 되며, 농축수 통로(204)는 처리수 통로(205)역활을 하게 된다.

그리고 전극(130)(140)은 상부와 하부의 덮개 부분에 부착되어 있고 이 전극과 접하여 망사형의 전극부 스페이서(230)가 있어 상기 전극부 스페이서(230)를 통해 유체가 유입되어 전극을 흐르고 덮개 부분에 위치한 전극부 유체 출구(171)를 통해 외부로 배출된다.

하부 전극부인 음의 전극(140)에서는 전극을 경유하여 흐르는 전극부 유체는 다수의 셀 스페이서(200)이 모여 형성된 전극 유체 통로(170)를 통해 전극부 유체 출구(171)로 배출된다.

본 발명의 모듈은 기존의 장치 형태와는 다른 새로운 원통형 형태의 장치 모듈로서 다음과 같은 장점을 갖는다.

첫째 : 기존장치 형태의 모듈은 외부에 압력을 견딜 수 있는 용기 부착이 어렵고 부착시 상자형태의 용기는 구조적으로 압력에 약하기 때문에 효율적이지 못하다.

그렇기 때문에 기존의 전기투석장치나 전기이온 교환장치는 외부에 압력용 용기를 두지 않는다.

그러나 본 발명에서는 원통형의 형태로 구성되기 때문에 배관 등을 이용하여 쉽게 압력용기를 제작 적용할 수 있어 경제적이며, 편리하다.

둘째 : 기존의 장치들은 압력용기 적용이 어렵기 때문에 본 발명품과 같이 외부에서 직접 셀(CELL)에 유체를 공급하지 못하고, 셀페어(CELL PAIR)에 구성된 유체 유입구를 통해 유체를 공급하기 때문에 유체가 스페이서를 통과할 때 압력이 과도하게 걸리게 되면 외부로 유체가 누출되어 주변의 청결을 유지하기 어렵고 이 유출 액체를 처리하기 위하여 유체받이통이 별도로 필요하게 된다.

그러나 본 발명에서는 압력용기 내부로 유체를 유입하여 그곳에서 직접 처리부나 농축부로 유체를 공급하기 때문에 유체의 누출이 없으며, 기존 장치에서는 처리부, 농축부, 전극부를 위하여 공급되는 유체의 입구가 각각 분리되어 있어 배관 구성이 복잡하지만 본 발명에서는 유체입구가 압력용기 부분에 1개만 있고, 처리부, 농축부, 전극부 유입 유체는 용기 내부에서 분배되기 때문에 장치 및 배관이 간단하다.

셋째 : 기존의 전기이온 제거장치에서 스페이서내부에 이온교환수지를 충진하여 셀을 구성하는 경우 이온교환수지가 충진된 상태를 유지하게 하기 위하여 양면을 이온교환막으로 부착하지만 본 발명에서는 이온 교환막을 한쪽만 접착하여 이온 교환수지를 충진하고 반대쪽에는 다른 이온 교환막을 부착하지 않고 탈착이 가능하도록 조립하여 사용할 수 있으며, 필요시 스페이서 내부의 이온교환수지의 교체가 가능하다.

넷째 : 전극부분에 공급되는 유체는 전극 부위에서 전기분해가 일어나며, 이때 생성되는 기체와 물질들에 의해 분극현상이 일어난다.

따라서 생성 기체와 물질들 배출이 원활해야 효율이 좋다.

본 발명품은 이때 생성되는 기체와 물질들이 원활하게 배출될 수 있도록 중심부분에 배출구를 두어 상부로 배출될 수 있도록 하였다.

다섯째 : 본 발명에서는 처리 유체 유출구와 농축 유체 유출구 및 전극 유체 유출구 사이에 거리를 두어 처리수 집수관 및 농축수 집수관의 조임에 의해 집중적으로 힘을 받아 충분한 밀봉이 되도록 하여 각 유체들이 혼합되지 않도록 하였다.

여섯째 : 전기투석장치나 전기이온 제거장치에서는 유체가 통과하는 길이가 길면 길수록 처리가 잘되기 때문에 본 발명에서는 유체 통과 길이가 최소 500㎜이상이 되도록 하여 최대의 효과를 얻도록 하였다.

일곱째 : 본 발명에서는 유체가 흐를 때 유로의 방해를 최소화 할 수 있도록 동심원의 형태로 유로를 형성하였다.

상기에서와 같이 본 발명에서는 기존의 전기투석장치나 전기 이온 제거장치와는 형태와 구성이 새로운 원통형의 장치 모듈이다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명의 모듈은 원통형으로 장치를 구성할 수 있도록 한 새로운 형태의 모듈로 특히 장치가 전체적으로 간단하고 설치가 용이하여 전기투석장치나 전기이온 제거장치에 적용할 수 있는 새로운 형태의 모듈이다.

Claims (9)

1. 하나의 공급유체입구(101)와 하나의 드레인출구(102)를 갖는 원통형 압력용기인 모듈 몸체(100)와; 상기 모듈 몸체(100)의 상단과 하단에 각각 양의 전극(130)과 음의 전극(140)을 내측에 갖는 덮개(110)(120)와; 상기 덮개(110)(120)의 내측에 다수개 적층 설치되어 농축부 스페이서(210)와 처리부 스페이서(220)를 이루는 셀 스페이서(200)와; 상기 셀 스페이서(200)의 중앙에 형성된 농축수통로(204)와 처리수통로(205)에는 각각 처리수집수관(150)과 농축수집수관(160)을 삽입설치되도록 함을 특징으로 하는 전기 이온 제거장치 모듈.
2. 제1항에 있어서, 압력용기인 모듈 몸체(100)내의 농축부, 처리부, 전극부에 공급되는 필요유체는 하나의 공급유체통로(101)를 통하여 동시에 공급되도록 함을 특징으로 하는 전기 이온 제거장치 모듈.
3. 제1항에 있어서, 셀 스페이서(200)의 중앙부에는 농축수집수관(160)과 처리수집수관(150)을 끼워설치하고 상기 집수관(160)(150)의 양단을 조임너트(156)로 조여줌으로서 모듈이 고정되도록 함을 특징으로 하는 전기 이온 제거장치 모듈.
4. 제1항에 있어서, 셀 스페이서(200)는 중앙부에 1개의 농축수통로(204)와 1개의 처리수통로(205) 및 2개의 전극유체통로(170)가 형성되고 둘레에 나선형으로 구성된 유로유도판(201)에 의하여 2개 이상의 유체가 흐를 수 있는 유체유로(202)가 형성됨을 특징으로 하는 전기 이온 제거장치 모듈.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 원형판 형태로 된 셀 스페이서(200)는 농축부스페이서(210)와 처리부 스페이서(220)를 이루는 것으로 서로 180˚반대방향으로 설치되며, 측면부에는 공급유체가 침투되도록 한 유입액체입구(203)를 통하여 나선형의 유체유로(202)에 공급 유체가 공급되도록 함을 특징으로 하는 전기 이온 제거장치 모듈.
6. 제1항에 있어서, 셀 스페이서(200)는 유체유로(202)의 폭이 10-30㎜이내이며, 나선형으로 된 유로의 길이는 500-1500㎜내외이고, 스페이서 크기는 직경이 100㎜이상 400㎜이며, 스페이서 두께는 0.5㎜ 6㎜사이로 이루어 짐을 특징으로 하는 전기 이온 제거장치 모듈.
7. 제1항에 있어서, 셀 스페이서(200)는 망사에 나선형형태의 유로를 형성하여 처리부와 농축부의 스페이서를 구성함을 특징으로 하는 전기 이온 제거장치 모듈.
8. 제1항에 있어서, 셀 스페이서(200)중 처리부 스페이서(220)의 한쪽면에는 이온 교환막(240)을 부착하고 상기 처리부 스페이서(220)내부에 양이온 교환수지 또는 음이온 교환수지 또는 양이온교환수지와 음이온교환수지가 혼합된 혼합수지(250)를 채워 구성됨을 특징으로 하는 전기 이온 제거장치 모듈.
9. 제1항에 있어서, 셀 스페이서(200)중 농축부 스페이서(210)의 아래부분에는 처리부 스페이서(220)와 부착된 이온 교환막과 서로 다른 이온교환막을 부착하여 구성됨을 특징으로 하는 전기 이온 제거장치 모듈.