KR100934161B1 - Capacitive deionization electrode module - Google Patents

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강경석
김태일
손원근
박찬종
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(주) 시온텍
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Abstract

PURPOSE: A CDI electrode module is provided to improve water purification process efficiency and deliver current to the whole surface of the electrode from an electrode terminal uniformly using whole one side as an electrode terminal. CONSTITUTION: A CDI electrode module comprises a negative electrode terminal(10), a positive electrode terminal(20), a perforated pipe(30), and an electrode module(40). An inlet(11) allowing water to flow in is formed on one end of the negative electrode terminal and one or more outlets(12) are formed on the circumferential surface of the negative electrode terminal. The positive electrode terminal comprises a discharge hole(21). The both sides of the perforated pipe are coupled on the negative electrode terminal and the positive electrode terminal. The electrode module comprises a negative electrode(41), a positive electrode(42) and a spacer(43). The negative electrode and the positive electrode of the electrode module are connected to the negative electrode terminal and the positive electrode terminal respectively. The spacer is interposed between the negative electrode and the positive electrode. One side of the spacer communicates with the outlet of the negative electrode terminal. The water supplied to the spacer by the electrode module is purified by the electro-absorption of the positive electrode and negative electrode.

Description

ＣＤＩ 전극 모듈{Capacitive deionization Electrode Module}CDI electrode module {Capacitive deionization Electrode Module}

본 발명은 지하수, 수도수, 기수(brackish water), 중수 및 산업폐수의 정수 및 연수용 CDI(Capacitive deionization)전극 모듈 및 이를 이용한 정수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CDI 전극의 양극과 음극을 각각 1장의 전극 단위셀을 한개 이상을 사용하여 원통형으로 단위 모듈을 제작하고, 단위 모듈의 셀 전극은 단극 혹은 복극의 셀로 구성할 수 있으며, 다수개의 단위 모듈을 병렬로 연결하여 고도정수 및 대용량화가 가능한 CDI 전극 모듈 및 이를 이용한 정수장치에 관한 것이다. The present invention relates to a CDI (Capacitive Deionization) electrode module for water purification and softening of groundwater, tap water, brackish water, heavy water and industrial wastewater, and a water purification device using the same. The unit module can be manufactured in a cylindrical shape using one or more electrode unit cells each, and the cell electrode of the unit module can be composed of a cell having a single pole or a double pole, and a plurality of unit modules can be connected in parallel to achieve high constant and large capacity. The present invention relates to a possible CDI electrode module and a water purifier using the same.

생활용수나 산업용수의 제조에서 탈염기술은 사람의 건강이나 공정의 효율, 제품의 성능을 결정하는데 매우 중요한 역할을 한다. In the production of domestic and industrial water, desalination technology plays an important role in determining human health, process efficiency and product performance.

중금속이나 질산성 질소, 불소 이온들이 포함된 물을 사람이 장기간 음용했을 때, 건강에 치명적인 영향을 끼칠 수 있다. 또한 경도물질이 포함된 보일러 수와 같은 경수(hard water)는 보일러나 열교환기에 스케일을 유발하여 공정의 효율 을 크게 떨어뜨릴 수 있고, 전자산업이나 의약산업에서도 이온물질을 완전히 제거한 초순수는 제품의 성능을 결정하는 중요한 요인으로 작용한다.Long-term drinking of water containing heavy metals, nitrate nitrogen, and fluoride ions can have a devastating effect on health. In addition, hard water, such as the number of boilers containing hard materials, can cause scale in boilers or heat exchangers, which can greatly reduce the efficiency of the process. It is an important factor in determining this.

최근 전 세계적으로 물 부족으로 인한 해수 담수화, 폐수 및 염수 처리방법에 대한 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 이중에서도 이온교환수지를 이용한 방법이 많이 사용되고 있으나, 수지의 재생 시 약제사용 및 경제적인 부담이 큰 단점으로 인하여 이를 대체하기 위하여 CDI(Capacitive deionization) 공정이 연구되고 있다.Recently, research on seawater desalination, wastewater and brine treatment due to water shortage has been actively conducted worldwide. Among them, many methods using ion exchange resins have been used, but CDI (Capacitive deionization) process has been studied to replace them due to the disadvantages of using drugs and economic burdens when regenerating resins.

CDI 공정은 캐패시터(capacitor) 공정에서 사용되는 전기 이중층 이론을 근거로 하여, 전극표면에 전기를 가용할 때 수질내부에 있는 상대극성 이온이 전극 표면에 흡착되는 성질을 이용한 방법이다. 즉, 양이온, 음이온이 함유된 용액이 두 개의 다공성 탄소전극 층 사이를 통과할 때 정전기력을 인가함으로써 수용액속에 함유된 이온이 제거된다. 정전기력에 의하여 양극으로 Cl- 와 같은 음이온이 이동하고, 음극으로는 Na+와 같은 양이온이 이동하여 대전이 이루어지게 되며, 물은 이온이 제거된 순수 형태로 배출되게 된다.The CDI process is based on the electric double layer theory used in the capacitor process, and utilizes the property that the counterpolar ions in the water quality are adsorbed on the electrode surface when electricity is applied to the electrode surface. That is, ions contained in the aqueous solution are removed by applying an electrostatic force when a solution containing cations and anions passes between two porous carbon electrode layers. Anions such as Cl − are moved to the anode by the electrostatic force, and cations such as Na + are moved to the cathode, whereby charging is performed, and water is discharged in a pure form in which ions are removed.

CDI 공정의 핵심 부분은 전극부분과 전극 구조체의 모듈부분으로 나눌 수 있다. 다공성 탄소재를 이용하는 전극부분은 이온의 침투 및 확산이 빠르게 일어나야하고, 내구성을 가져야만 산업적인 응용이 가능하다. 그러나 전극 구조체의 모듈부분은 다양한 형태로 제작되어 사용될 수 있다. 기존 CDI 전극 모듈은 대부분 양극과 음극을 평판 형태의 전극으로 만들고 양극과 음극 사이에 물이 흘러갈 수 있도 록 스페이서를 넣어 적층형태로 모듈을 제작하여 사용하고 있다. 적층형태의 모듈은 전극을 절단가공 해야 하고 전기를 제공할 수 있는 전극 단자를 한쪽 면에 일정한 크기로 길게 절단하여 전극 단자를 만들어 외부와 연결해야 하는 어려움이 있고, 전극 단자를 만들 수 있도록 설계하여 절단가공 해야 하므로 집전체의 손실이 많다. 또한 전극단자대로부터 전극의 전체 면까지 전류가 균일하게 도달하기가 어렵기 때문에 전극 단위셀의 크기 증가에 한계가 있으며, 일반적인 필터의 제품과 형태가 다르기 때문에 상업적 응용이 불편한 단점을 가지고 있다. The core part of the CDI process can be divided into the electrode part and the module part of the electrode structure. The electrode part using the porous carbon material should be rapidly penetrated and diffused ions, and must have durability to enable industrial applications. However, the module portion of the electrode structure can be manufactured and used in various forms. Most existing CDI electrode modules use a positive electrode and a negative electrode in the form of a flat plate, and put a spacer so that water flows between the positive electrode and the negative electrode. The laminated module has to cut and process the electrodes, and it is difficult to make the electrode terminals by cutting the electrode terminals that can provide electricity to a certain size on one side and connect them to the outside. Because of the cutting process, the current collector has a lot of losses. In addition, since the current is difficult to reach uniformly from the electrode terminal block to the entire surface of the electrode, there is a limitation in increasing the size of the electrode unit cell, and has a disadvantage in that the commercial application is inconvenient because it is different from the general filter product.

본 발명은 지하수, 수도수, 기수(brackish water), 중수 및 산업폐수의 정수 및 연수용 CDI(Capacitive deionization)전극 모듈 및 이를 이용한 정수장치로서, 기존의 시트형태로 전극을 가공할 필요가 없고, 전기를 제공할 수 있는 전극 단자를 외부로 만들어야 하는 어려움이 없으며, 기존의 상업적인 필터제품과 같은 형태로 만들어지기 때문에 상업적 응용이 쉬운 CDI(Capacitive deionization)전극 모듈 및 이를 이용한 정수장치를 제공하고자 한다.The present invention is a CDI (Capacitive deionization) electrode module for water purification and softening of groundwater, tap water, brackish water, heavy water and industrial wastewater, and a water purification device using the same. There is no difficulty in making an electrode terminal capable of providing electricity to the outside, and since it is made in the same form as a conventional commercial filter product, a CDI (capacitive deionization) electrode module and a water purifier using the same are easy to use.

또한 본 발명은 CDI 전극의 양극과 음극 각각 1장의 전극 단위셀을 한개 이상 사용하여 원통형으로 단위 모듈을 제작하고, 단위 모듈의 셀 전극은 단극 혹은 복극의 셀로 구성하며, 다수개의 단위 모듈을 병렬로 연결하여 고도정수 및 대용량화가 가능한 CDI 전극 모듈 및 이를 이용한 정수장치를 제공하고자 한다.In addition, the present invention fabricates a unit module in a cylindrical shape using at least one electrode unit cell of each of the positive electrode and the negative electrode of the CDI electrode, the cell electrode of the unit module is composed of a cell of a single pole or a double pole, a plurality of unit modules in parallel It is to provide a CDI electrode module and a water purification device using the same that is capable of high water purification and large capacity by connecting.

본 발명의 CDI 전극 모듈은 일단에 물이 유입되는 유입구(11)가 구비되고 원주면에 적어도 하나 이상의 배출구(12)가 구비된 음전극 단자(10); 배출공(21)이 구비된 양전극 단자(20); 양측에 상기 음전극 단자(10)와 양전극 단자(20)가 각각 결합되며 원주면에 다수로 타공되고 상기 양전극 단자(20)의 배출공(21)과 연통된 타공 파이프(30); 및 상기 타공 파이프(30)에 감겨 원통형으로 되며 상기 음전극 단자(10)와 상기 양전극 단자(20)에 각각 연결된 음전극(41) 및 양전극(42)과, 상 기 음전극(41)과 상기 양전극(42) 사이에 개재되며 일측이 상기 음전극 단자(10)의 배출구(12)와 연통된 스페이서(43)로 이루어지며, 상기 스페이서(43)로 공급된 물이 상기 음전극(41) 및 양전극(42)의 전기흡착에 의해 양이온 및 음이온을 흡착되어 정수되도록 하며 정수된 물을 상기 타공 파이프(30)의 내부로 집수되도록 하는 전극 모듈(40); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The CDI electrode module according to the present invention includes a negative electrode terminal 10 having an inlet 11 through which water is introduced at one end and at least one outlet 12 disposed on a circumferential surface thereof; A positive electrode terminal 20 having a discharge hole 21; A perforated pipe 30 coupled to both sides of the negative electrode terminal 10 and the positive electrode terminal 20 and perforated in a plurality of circumferential surfaces and in communication with the discharge hole 21 of the positive electrode terminal 20; And a negative electrode 41 and a positive electrode 42 wound around the perforated pipe 30 and connected to the negative electrode terminal 10 and the positive electrode terminal 20, respectively, the negative electrode 41 and the positive electrode 42. ) And a spacer 43 interposed between the negative electrode terminal 10 and the discharge port 12 of the negative electrode terminal 10. The water supplied to the spacer 43 is formed of the negative electrode 41 and the positive electrode 42. An electrode module 40 for adsorbing positive and negative ions by electrosorption and collecting purified water into the perforated pipe 30; Characterized in that comprises a.

또한, 상기 전극 모듈(40)은 음전극(41)과 양전극(42)이 다수개로 교번 적층되며 상기 음전극(41)과 양전극(42) 사이에 상기 스페이서(43)가 개재되고 상기 음전극(41)들과 양전극(42)들을 각각 병렬로 연결하여 상기 음전극 단자(10) 및 상기 양전극 단자(20)와 각각 연결된 복극으로 된 것을 특징으로 한다. In addition, the electrode module 40 has a plurality of negative electrodes 41 and positive electrodes 42 alternately stacked, and the spacers 43 are interposed between the negative electrodes 41 and the positive electrodes 42 and the negative electrodes 41 are disposed. And the positive electrodes 42 are connected in parallel to each other, and the negative electrode terminal 10 and the positive electrode terminal 20 are connected to each other.

또, 상기 전극 모듈(40)을 감싸며 상기 전극 모듈(40)을 상기 타공 파이프(30)에 고정시키는 하나이상의 고정밴드(50)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. In addition, it is characterized in that it further comprises one or more fixing bands 50 surrounding the electrode module 40 and fixing the electrode module 40 to the perforated pipe 30.

아울러, 상기 전극 모듈(40)과 상기 음전극 단자(10) 및 양전극 단자(20)를 수용하는 외측 파이프(60)와, 상기 외측 파이프(60)의 양측을 밀폐시키며 상기 음전극 단자(10)의 유입구(11) 부위와 상기 양전극 단자(20)의 배출공(21) 부위를 노출시키는 밀폐뚜껑(70)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. In addition, an outer pipe 60 accommodating the electrode module 40, the negative electrode terminal 10, and the positive electrode terminal 20, and both sides of the outer pipe 60 are sealed, and an inlet of the negative electrode terminal 10 is provided. (11) it characterized in that it further comprises a sealing lid 70 for exposing the portion and the discharge hole 21 portion of the positive electrode terminal 20.

또한, 상기 타공 파이프(30)와 외측 파이프(60)는 전기 절연재질로 된 것을 특징으로 한다. In addition, the perforated pipe 30 and the outer pipe 60 is characterized in that the electrical insulating material.

본 발명은 일정한 형태를 갖는 전극 모양으로 절단할 필요가 없고 단지 제조 된 CDI 전극을 요구되는 길이로 자르기만 하면 되기 때문에 전극의 손실이 없다.The present invention does not need to be cut into the shape of an electrode having a certain shape, and there is no loss of the electrode since only the CDI electrode manufactured is cut to the required length.

본 발명은 한쪽 면 전체를 전극 단자로 사용할 수 있기 때문에 전극 단자로부터 전극의 전체 면까지 일정하게 전류가 도달할 수 있어 단위셀 크기를 크게 만들 수 있을 뿐만 아니라 정수처리 효율을 향상시키고 처리량을 증가시킬 수 있다In the present invention, since the entire surface of one side can be used as an electrode terminal, current can be uniformly reached from the electrode terminal to the entire surface of the electrode, thereby increasing the unit cell size as well as improving the purification efficiency and increasing the throughput. Can

본 발명은 상업적인 필터제품과 같은 형태로 만들어지기 때문에 상업적 응용이 용이하다. The present invention is facilitated for commercial application because it is made in the same form as a commercial filter product.

본 발명은 전극 모듈을 단극 혹은 복극으로 구성할 수 있으며, 복극인 경우에 다수개의 단위 모듈을 병렬로 연결하여 고도정수 및 대용량화가 가능하다.According to the present invention, the electrode module may be configured as a single pole or a double pole, and in the case of a double pole, a plurality of unit modules may be connected in parallel to increase the height constant and the capacity.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 CDI(Capacitive deionization)전극 모듈 및 이를 이용한 정수장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, a capacitive deionization (CDI) electrode module of the present invention and a water purification device using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 CDI 전극 모듈 전체를 나타낸 분해도이고, 도 2는 본 발명에 의한 CDI 전극 모듈의 주요요부를 나타낸 정면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 CDI 전극 모듈 제조를 위해 타공 파이프에 적층된 전극 모듈을 감싸기 전의 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 의한 CDI 전극 모듈 제조를 위해 타공 파이프에 전극 모듈을 감싼 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 의한 CDI 전극 모듈 전체를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명에 의한 CDI 전극 모듈을 다수개 병렬로 연결하여 고도정수 및 대용량 정수에 이용되는 상태를 나타낸 도면이다. 1 is an exploded view showing the entire CDI electrode module according to the present invention, Figure 2 is a front view showing the main parts of the CDI electrode module according to the present invention, Figure 3 is a perforated pipe for manufacturing the CDI electrode module according to the present invention 4 is a view showing a state before wrapping the stacked electrode module, Figure 4 is a view showing a state wrapped around the electrode module in the perforated pipe for manufacturing the CDI electrode module according to the present invention, Figure 5 is a whole CDI electrode module according to the present invention 6 is a cross-sectional view illustrating a state in which a plurality of CDI electrode modules according to the present invention are connected in parallel and used for a high integer and a large capacity constant.

본 발명의 CDI(Capacitive deionization)전극 모듈은 유입구(11)와 배출 구(12)가 구비된 음전극 단자(10)와, 배출공(21)이 구비된 양전극 단자(20)와, 상기 음전극 단자(10)와 양전극 단자(20)가 각각 결합되며 원주면에 다수로 타공된 타공 파이프(30)와, 전기흡착에 의해 양이온 및 음이온을 흡착되어 정수되도록 하는 전극 모듈(40)을 포함하여 이루어진다. The capacitive deionization (CDI) electrode module of the present invention includes a negative electrode terminal 10 having an inlet 11 and an outlet 12, a positive electrode terminal 20 having a discharge hole 21, and the negative electrode terminal ( 10) and the positive electrode terminal 20 is coupled to each other and comprises a plurality of perforated pipe 30 perforated on the circumferential surface, and the electrode module 40 to adsorb the positive and negative ions by electrosorption.

상기 음전극 단자(10)는 일단에 물이 유입되는 유입구(11)가 구비되고 원주면에 적어도 하나 이상의 배출구(12)가 구비되며, 타단은 상기 타공 파이프(30)와 결합된다. The negative electrode terminal 10 is provided with an inlet 11 through which water is introduced at one end thereof, and at least one outlet 12 is provided at a circumferential surface thereof, and the other end thereof is coupled to the perforated pipe 30.

상기 양전극 단자(20)는 내부가 중공되어 배출공(21)이 구비되며 상기 타공파이프(30)와 결합된다. The positive electrode terminal 20 is hollow and is provided with a discharge hole 21 and is coupled to the perforated pipe 30.

상기 타공 파이프(30)는 도 2에서와 같이 양측에 상기 음전극 단자(10)와 양전극 단자(20)가 각각 결합되며 원주면에 다수로 타공되고 상기 양전극 단자(20)의 배출공(21)과 연통된다.The perforated pipe 30 is coupled to the negative electrode terminal 10 and the positive electrode terminal 20 on both sides as shown in Figure 2 and a plurality of perforations on the circumferential surface and the discharge hole 21 of the positive electrode terminal 20 and Communicating.

전극을 원통형으로 감기 위한 지지체로는 전극면과 접촉하여 스페이서를 통과한 정수된 물이 쉽게 모일 수 있도록 여러 개의 홀(hole)이 만들어진 타공 파이프를 사용하며, 상기 타공 파이프(30)는 양쪽 끝에 원수가 들어오고 전기를 부여하기 위한 음전극 단자와 정수된 물이 배출되고 전기를 부여하기 위한 양전극 단자가 상호 결합되어 있는 것으로, 부도체인 것이 바람직하며, 원수의 유입구나 정수의 배출구인 전극 단자는 전기 전도체인 것이 바람직하다. As a support for winding the electrode in a cylindrical shape, a perforated pipe is formed in which a plurality of holes are formed so that the purified water passing through the spacer in contact with the electrode surface can be easily collected. The perforated pipe 30 has raw water at both ends. The negative electrode terminal for supplying electricity and the purified water is discharged and the positive electrode terminal for supplying electricity are mutually coupled, and it is preferable that it is a non-conductor, and the electrode terminal which is an inlet of raw water or an outlet of purified water is an electrical conductor. Is preferably.

상기 전극 모듈(40)은 상기 타공 파이프(30)에 감겨 원통형으로 되며 상기 음전극 단자(10)와 상기 양전극 단자(20)에 각각 연결된 음전극(41) 및 양전극(42) 과, 상기 음전극(41)과 상기 양전극(42) 사이에 개재되며 일측이 상기 음전극 단자(10)의 배출구(12)와 연통된 스페이서(43)로 이루어진다. 이에 따라 상기 음전극 단자(10)의 유입구(11)로 유입된 물이 배출구(12)로 배출되면 상기 음전극(40)과 상기 양전극(42) 사이에 개재된 상기 스페이서(43)로 물이 공급되게 되며, 공급된 물이 상기 음전극(41) 및 양전극(42)의 전기흡착에 의해 양이온 및 음이온을 흡착되어 정수되고, 정수된 물은 상기 타공 파이프(30)의 내부로 집수되게 되며, 집수된 물은 상기 배출공(21)으로 배출되게 된다. The electrode module 40 is wound around the perforated pipe 30 to have a cylindrical shape and connected to the negative electrode terminal 10 and the positive electrode terminal 20, respectively, the negative electrode 41 and the positive electrode 42, and the negative electrode 41. And a spacer 43 interposed between the positive electrode 42 and one side of the negative electrode terminal 10 and communicating with the outlet 12 of the negative electrode terminal 10. Accordingly, when water introduced into the inlet 11 of the negative electrode terminal 10 is discharged to the outlet 12, water is supplied to the spacer 43 interposed between the negative electrode 40 and the positive electrode 42. The supplied water is purified by adsorbing positive and negative ions by the electrosorption of the negative electrode 41 and the positive electrode 42, and the purified water is collected into the perforated pipe 30. Is discharged to the discharge hole (21).

양전극과 음전극은 전도성이 우수한 재질로 이루어지는데, 흑연, 탄소종이 섬유, 티타늄과 같은 금속 메쉬 중 어느 하나로 구성되거나 이들의 혼합물로 구성될 수 있다. 이 양전극과 음전극은 낮은 전압을 인가하기 때문에 전기가 잘 통하고 부식성이 없어야 한다. 알루미늄 호일보다는 그라화이트(흑연) 호일이 부식성이 적어 더 안정적이다. The positive electrode and the negative electrode are made of a material having excellent conductivity, and may be composed of any one of a metal mesh such as graphite, carbon paper fiber, titanium, or a mixture thereof. Because the positive and negative electrodes apply a low voltage, they must be well energized and noncorrosive. Grae white (graphite) foil is more stable than aluminum foil because it is less corrosive.

양전극과 음전극은 양측면에 각각 음이온 및 양이온 선택성을 갖고 있는 고분자 바인더를 사용하여 다공성 탄소전극을 부착하거나 혹은 양이온 및 음이온을 모두 흡착할 수 있는 다공성 탄소전극의 외측면에 음이온 교환막을 부착하여 양전극으로 이용하고, 외측면에 양이온 교환막을 부착하여 음전극으로 이용하기도 한다.The positive electrode and the negative electrode are used as positive electrodes by attaching a porous carbon electrode using a polymer binder having anion and cation selectivity on both sides, or by attaching an anion exchange membrane on the outer side of the porous carbon electrode that can adsorb both positive and negative ions. In addition, a cation exchange membrane may be attached to the outer surface to be used as a negative electrode.

또한 적층된 전극 모듈(40)에서 양전극과 음전극 사이에는 스페이서(43)가 위치하는데 상기 스페이서(43)는 양전극과 음전극을 상호 이격시킴으로써, 전극 사이에 물이 흐를 수 있는 유로를 형성하기 위한 것이다. 스페이서(43)는 물을 흡수 할 수 있는 얇고 촘촘히 짜인 망사천일 수 있다.In addition, in the stacked electrode module 40, a spacer 43 is positioned between the positive electrode and the negative electrode. The spacer 43 spaces the positive electrode and the negative electrode from each other to form a flow path through which water can flow between the electrodes. The spacer 43 may be a thin, tightly woven mesh cloth capable of absorbing water.

본 발명은 한 장의 시트형태를 일정한 형태를 갖는 전극을 절단할 필요가 없이 단지 제조된 CDI 전극을 요구되는 길이로 자르기 때문에 전극의 손실이 없다. The present invention eliminates the loss of an electrode because it only cuts the produced CDI electrode to the required length without the need to cut an electrode having a certain shape into a sheet form.

전술한 것은 상기 전극 모듈(40)이 하나의 음전극과 양전극 및 스페이서로 되어 단극 형태로 된 것을 나타낸다(도 5참조). The foregoing shows that the electrode module 40 has one negative electrode, a positive electrode, and a spacer in a monopolar form (see FIG. 5).

아울러, 상기 전극 모듈(40)은 다수개의 음전극과 양전극 및 전극 사이에 개재된 다수의 스페이서로 되고 음전극들을 병렬로 연결하고 양전극들을 병렬로 연결한 복극 형태로 될 수 있다(도 3 및 도 4 참조). In addition, the electrode module 40 may be a plurality of negative electrodes, positive electrodes, and a plurality of spacers interposed between the electrodes, the negative electrodes may be connected in parallel, and the positive electrodes may be connected in parallel to each other (see FIGS. 3 and 4). ).

이때, 상기 전극 모듈(40)은 도 4의 (b) 단면도에서와 같이 음전극(41)과 양전극(42)이 다수개로 교번 적층되며 상기 음전극(41)과 양전극(42) 사이에 상기 스페이서(43)가 개재되어 복극형태로 된다. At this time, the electrode module 40 has a plurality of negative electrode 41 and the positive electrode 42 are alternately stacked as shown in the cross-sectional view (b) of Figure 4 and the spacer 43 between the negative electrode 41 and the positive electrode 42 ) Is interposed into a bipolar form.

아울러, 상기 전극 모듈(40)을 상기 타공 파이프(30)에 고정시 상기 전극 모듈(40)을 감싸며 상기 전극 모듈(40)을 상기 타공 파이프(30)에 고정시키는 하나이상의 고정밴드(50)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 고정밴드(50)는 도 4의 (a)에서와 같이 적층된 전극 모듈(40)을 원통형으로 감은 후 상기 타공 파이프(30)에 고정하기 위한 탄력성이 있는 밴드로서, 전극의 간격을 일정하게 유지하고, 음전극(41)과 양전극(42)이 스페이서(43)에 밀착되도록 하며, 원통형으로 감겨진 형태를 유지하도록 고정하는 역할을 한다. In addition, at least one fixing band 50 surrounding the electrode module 40 and fixing the electrode module 40 to the perforated pipe 30 when the electrode module 40 is fixed to the perforated pipe 30 is provided. It is preferred to be provided. The fixing band 50 is a flexible band for winding the stacked electrode modules 40 in a cylindrical shape as shown in FIG. 4A and fixing them to the perforated pipe 30, and constantly spaces the electrodes. It maintains, the negative electrode 41 and the positive electrode 42 is in close contact with the spacer 43, and serves to fix to maintain the cylindrical wound form.

전극이 균일한 두께를 유지하도록 하는 고정밴드(50)는 원통형으로 상기 타공 파이프(30)에 감겨진 양전극과 음전극의 사이의 간격을 일정하게 유지하고 전극 모듈이 일정한 형태를 가지도록 하며, 유입수가 양전극과 음전극 사이에 전체적으로 균일하게 들어갈 수 있도록 일정한 간격을 만들어 준다. 상기 고정밴드(50)는 고무류 혹은 우레탄류와 같은 신축성 갖고 있는 고분자 물질을 사용해서 고정해 줄 수 있지만 신축성이 없는 고분자류 및 섬유류를 사용하여 고정해 줄 수도 있다.The fixing band 50 to maintain the uniform thickness of the electrode is a cylindrical shape to maintain a constant distance between the positive electrode and the negative electrode wound on the perforated pipe 30 to ensure that the electrode module has a constant shape, inflow water Make a regular gap between the positive electrode and the negative electrode so that the whole can be evenly entered. The fixing band 50 may be fixed using a polymer material having elasticity such as rubber or urethane, but may be fixed using polymers and fibers without elasticity.

또한 양전극과 음전극을 전극단자에 고정하기 위해 스테인레스 호일(44)을 사용하고, 전극 단자로부터 전극에 전압을 잘 인가 할 수 있는 전기 전도성 재료인 금속성 호일이 적합하다. 아울러, 전극단자에 전극을 감아서 접촉하게 되므로 전극단자와 전극의 접촉부위가 넓어 전기 전도가 용이하다. 금속포일은 전기전도성이 우수하고 내식성이 우수한 것으로서 스테인레스 포일 혹은 티타늄포일을 사용할 수 있으며 이에 한정되지 않는다. In addition, a stainless foil 44 is used to fix the positive electrode and the negative electrode to the electrode terminal, and a metallic foil, which is an electrically conductive material capable of applying a voltage well from the electrode terminal to the electrode, is suitable. In addition, since the electrode is wound around the electrode terminal to make contact, the contact area between the electrode terminal and the electrode is wide, and electrical conduction is easy. The metal foil is excellent in electrical conductivity and excellent in corrosion resistance, but a stainless foil or a titanium foil may be used, but is not limited thereto.

이와 같이 전극과 전극단자를 연결하기 위해 전극의 단부를 전극 단자를 만들기 위해 한쪽 면에 일정한 크기로 길게 절단하는 종래의 방법과는 달리 절단할 필요가 없고 한쪽 면 전체를 전극 단자로 사용할 수 있기 때문에 전극단자로부터 전극의 전체 면까지 일정하게 전류가 도달할 수 있다. 따라서 전극 모듈의 크기를 크게 만들 수 있고 CDI 전극을 이용한 TDS의 제거 효율을 향상 시킬 뿐만 아니라 정수 처리량을 증가시킬 수 있게 된다. In this way, unlike the conventional method of cutting the end of the electrode to a certain size on one side in order to make the electrode terminal to connect the electrode and the electrode terminal, it is not necessary to cut, and the whole side can be used as the electrode terminal. Current can constantly reach the entire surface of the electrode from the electrode terminal. Therefore, it is possible to increase the size of the electrode module, improve the removal efficiency of the TDS using the CDI electrode as well as increase the water treatment throughput.

또한, 전극단자에 전극이 고정된 부분에서 누수가 되는 것을 방지하고, 전기 전도도를 양호하게 하기 위해 실버 페이스트와 같은 전도성 접착제를 사용하는 것이 적합하다.In addition, it is suitable to use a conductive adhesive such as a silver paste in order to prevent leakage at a portion where the electrode is fixed to the electrode terminal and to improve electrical conductivity.

전도성 접착제로서는 실버페이스트, 카본페이스트 혹은 전도성 고분자를 응 용한 접착제와 같은 것을 사용할 수 있으며 이에 한정되지 않는다.As the conductive adhesive, an adhesive such as silver paste, carbon paste, or a conductive polymer may be used, but is not limited thereto.

원통형으로 감겨진 전극 모듈의 전극 사이로 유입수가 들어갈 수 있도록 그리고 밖으로 흘러 나오지 않도록 하기 위해, 도 1 및 도 5에서와 같이 상기 전극 모듈(40)과 상기 양전극 단자(10) 및 음전극 단자(20)를 수용하는 외측 파이프(60)와, 상기 외측 파이프(60)의 양측을 밀폐시키며 상기 양전극 단자(10)의 유입구(11) 부위와 상기 음전극 단자(20)의 배출공(21) 부위를 노출시키는 밀폐뚜껑(70)을 더 구비되는 것이 바람직하다. 상기 밀폐 뚜껑(70)과 상기 외측 파이프(60)는 전기가 통하지 않은 전기 부도체(전기 절연재)가 사용될 수 있고, 유입수가 전극사이로 통과할 수 있도록 주어진 압력에 견디어야 하며, 정수장치에 이용 가능한 모듈 형태를 유지할 수 있어야 한다.The electrode module 40, the positive electrode terminal 10, and the negative electrode terminal 20 may be disposed as shown in FIGS. 1 and 5 so that the inflow water may enter and flow out between the electrodes of the cylindrically wound electrode module. The outer pipe 60 to be accommodated and the both sides of the outer pipe 60 is sealed and the inlet 11 portion of the positive electrode terminal 10 and the sealing hole exposing the discharge hole 21 portion of the negative electrode terminal 20 It is preferable that the lid 70 is further provided. The sealing lid 70 and the outer pipe 60 may be a non-conductive electrical insulator (electric insulator) may be used, and must withstand a given pressure to allow the inflow of water to pass between the electrodes, and may be used for water purification equipment. It must be able to maintain form.

이하, 전술한 CDI 전극 모듈의 작동에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the above-described CDI electrode module will be described.

CDI 전극 모듈의 유입구(11)가 구비된 음전극 단자(10)를 통해 유입된 물은 배출구(12)를 통해 배출되어 전극 사이에 개재된 스페이서(43)를 따라 전극의 안쪽 끝까지 흘러 타공 파이프(30)에 이르고, 홀을 통해 정수된 물이 타공 파이프(30) 내부로 집수되게 되며 집수된 정수는 배출공(21)을 통해 유출된다.Water introduced through the negative electrode terminal 10 having the inlet 11 of the CDI electrode module is discharged through the outlet 12 and flows to the inner end of the electrode along the spacer 43 interposed between the electrodes and the perforated pipe 30. ), The purified water is collected through the hole into the perforated pipe 30 and the collected purified water is discharged through the discharge hole 21.

양전극 단자에 양 전압이 인가되고, 음전극 단자에 음 전압이 인가되면 양전극에서는 스페이서(43)를 통해 흐르는 물 중에 포함되어 있는 음이온이 흡착되게 된다. 마찬가지로 음전극에 음 전압이 인가되면 스페이서(43)를 통해 흐르는 물 중에 포함되어 있는 양이온이 흡착되게 된다. 따라서, 전극사이의 스페이서(43)를 통해 흐르는 물은 이온들이 남아 있지 않은 순수에 가까운 총 용해고형물(TDS)이 0 에 가까운 물이 되는 것이다.When a positive voltage is applied to the positive electrode terminal and a negative voltage is applied to the negative electrode terminal, negative ions contained in water flowing through the spacer 43 are absorbed by the positive electrode. Similarly, when a negative voltage is applied to the negative electrode, cations contained in the water flowing through the spacer 43 are adsorbed. Therefore, the water flowing through the spacers 43 between the electrodes is such that the total dissolved solids (TDS) close to pure water without ions remaining becomes water close to zero.

전술한 CDI 전극 모듈은 정수 및 연수용 정수장치에 이용할 수 있으며, 이렇게 되면 정수 및 연수 효율을 높일 수 있다. The above-described CDI electrode module can be used for water purification and soft water purification devices, which can increase water and soft water efficiency.

도 6은 복수개의 CDI 전극 모듈의 음전극단자와 양전극단자를 병렬로 연결하여 고도정수 및 대용량 정수에 이용되는 것을 나타낸다. 6 shows that the negative electrode terminal and the positive electrode terminal of the plurality of CDI electrode modules are connected in parallel to be used for high integer and large capacity constant.

하나의 CDI 전극 모듈에서 처리되는 물의 양이 작기 때문에, 복수개의 CDI 전극 모듈의 음전극단자와 양전극단자를 병렬로 연결하여 각각의 CDI 전극 모듈에 일정량의 유입수가 각각 유입되게 되면 TDS의 제거 효율이 증가되어 고도정수가 가능하며, 일정한 TDS를 요구할 때는 CDI 전극 모듈의 개수에 따라 처리수의 용량을 증가시킬 수 있기 때문에 대용량화가 가능한 것이다.Since the amount of water to be processed in one CDI electrode module is small, the removal efficiency of TDS increases when a certain amount of inflow water flows into each CDI electrode module by connecting the negative electrode terminal and the positive electrode terminal of the plurality of CDI electrode modules in parallel. It is possible to have a high constant and to increase the capacity of the treated water can be increased according to the number of CDI electrode modules when a constant TDS is required.

(실시예)(Example)

A4 용지 크기의 전극 3쌍의 단위셀이 적층되어 원통형으로 만들어진 CDI 전극 모듈과 가로, 세로의 길이가 각각 10 cm인 평판형 전극으로 이루어진 같은 크기의 모듈로 정수 처리한 결과 동일 유량에서 TDS의 제거율은 비슷했지만 원통형의 유압이 낮았고, 전극을 대면적으로 만들 수 있는 장점을 갖고 있다.  Removal rate of TDS at the same flow rate as a result of water treatment with a CDI electrode module made of cylindrical shape by stacking three pairs of A4 paper size unit cells and a flat electrode having a length of 10 cm Is similar, but the hydraulic pressure of the cylinder is low, and it has the advantage of making the electrode large.

예를 들면 A4 용지 크기의 전극 3쌍이 적층되어 원통형으로 만들어진 CDI 전극 모듈과 가로, 세로의 길이가 각각 10 cm인 평판형 전극으로 이루어진 같은 크기의 모듈을 구성하고, 각각의 모듈의 전극에에 1.5~1.8V의 전압을 인가하여, 수도수 를 대상으로 실험한 결과 유입수의 TDS는 약 90 ppm이고, 3분 흡착과 1분 탈착 사이클을 반복하여 정제된 유출수의 TDS는 두 경우 모두 2~3 ppm이 되었다. 이때 유속은 약 0.5 L/분이고 원통형으로 만들어진 CDI 전극 모듈 내부에 흐르는 수도수의 압력은 거의 걸리지 않았으며, 평판형 전극으로 이루어진 같은 크기의 모듈의 수도수의 압력은 45 psig 정도였다.For example, three pairs of A4 paper size electrodes are stacked to form a CDI electrode module made of a cylindrical shape and a flat electrode having a horizontal electrode length of 10 cm and a horizontal electrode length of 1.5 cm. TDS of influent was about 90 ppm and TDS of effluent purified by repeated 3 min adsorption and 1 min desorption cycles was 2 ~ 3 ppm in both cases. It became. At this time, the flow rate was about 0.5 L / min and the pressure of tap water flowing in the cylindrical CDI electrode module was hardly applied, and the tap water pressure of the same size module made of flat electrodes was about 45 psig.

도 1은 본 발명에 의한 CDI 전극 모듈 전체를 나타낸 분해도.1 is an exploded view showing the entire CDI electrode module according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 CDI 전극 모듈의 주요요부를 나타낸 정면도.Figure 2 is a front view showing the main parts of the CDI electrode module according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 CDI 전극 모듈 제조를 위해 타공 파이프에 적층된 전극 모듈을 감싸기 전의 상태를 나타낸 도면.Figure 3 is a view showing a state before wrapping the electrode module laminated to the perforated pipe for manufacturing the CDI electrode module according to the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 CDI 전극 모듈 제조를 위해 타공 파이프에 전극 모듈을 감싼 상태를 나타낸 도면.4 is a view showing a state in which the electrode module is wrapped in the perforated pipe for manufacturing the CDI electrode module according to the present invention.

도 5는 본 발명에 의한 CDI 전극 모듈 전체를 나타낸 단면도.5 is a cross-sectional view showing the entire CDI electrode module according to the present invention.

도 6은 본 발명에 의한 CDI 전극 모듈을 다수개 병렬로 연결하여 고도정수 및 대용량 정수에 이용되는 상태를 나타낸 도면.6 is a view showing a state in which the CDI electrode module according to the present invention is connected to a plurality of parallel to be used for high constant and large capacity constant.

**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **

10: 음전극 단자 11: 유입구10: negative electrode terminal 11: inlet

12: 배출구 20: 양전극 단자12: outlet 20: positive electrode terminal

21: 배출공 30: 타공 파이프21: discharge hole 30: perforated pipe

40: 전극 모듈 41: 음전극40: electrode module 41: negative electrode

42: 양전극 43: 스페이서42: positive electrode 43: spacer

50: 고정밴드 60: 외측 파이프50: fixed band 60: outer pipe

70: 밀폐뚜껑70: sealing lid

Claims (7)

일단에 물이 유입되는 유입구(11)가 구비되고 원주면에 적어도 하나 이상의 배출구(12)가 구비된 음전극 단자(10);A negative electrode terminal 10 having an inlet 11 through which water is introduced and having at least one outlet 12 at a circumferential surface thereof; 배출공(21)이 구비된 양전극 단자(20);A positive electrode terminal 20 having a discharge hole 21; 양측에 상기 음전극 단자(10)와 양전극 단자(20)가 각각 결합되며 원주면에 다수로 타공되고 상기 양전극 단자(20)의 배출공(21)과 연통된 타공 파이프(30); 및A perforated pipe 30 coupled to both sides of the negative electrode terminal 10 and the positive electrode terminal 20 and perforated in a plurality of circumferential surfaces and in communication with the discharge hole 21 of the positive electrode terminal 20; And 상기 타공 파이프(30)에 감겨 원통형으로 되며 상기 음전극 단자(10)와 상기 양전극 단자(20)에 각각 연결된 음전극(41) 및 양전극(42)과, 상기 음전극(41)과 상기 양전극(42) 사이에 개재되며 일측이 상기 음전극 단자(10)의 배출구(12)와 연통된 스페이서(43)로 이루어지며, 상기 스페이서(43)로 공급된 물이 상기 음전극(41) 및 양전극(42)의 전기흡착에 의해 양이온 및 음이온을 흡착되어 정수되도록 하며 정수된 물을 상기 타공 파이프(30)의 내부로 집수되도록 하는 전극 모듈(40);The negative electrode 41 and the positive electrode 42 and the negative electrode terminal 10 and the positive electrode terminal 20 respectively wound around the perforated pipe 30 and connected to the negative electrode terminal 10 and the positive electrode terminal 20, respectively, between the negative electrode 41 and the positive electrode 42. Interposed on one side is made of a spacer 43 in communication with the outlet 12 of the negative electrode terminal 10, the water supplied to the spacer 43 is electrosorption of the negative electrode 41 and the positive electrode 42 An electrode module 40 for adsorbing positive and negative ions to purify the positive and negative water and collecting the purified water into the perforated pipe 30; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 CDI 전극 모듈.CDI electrode module comprising a. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전극 모듈(40)은 음전극(41)과 양전극(42)이 다수개로 교번 적층되며 상기 음전극(41)과 양전극(42) 사이에 상기 스페이서(43)가 개재되고 상기 음전극(41)들과 양전극(42)들을 각각 병렬로 연결하여 상기 음전극 단자(10) 및 상기 양전극 단자(20)와 각각 연결된 복극으로 된 것을 특징으로 하는 CDI 전극 모듈.In the electrode module 40, a plurality of negative electrodes 41 and positive electrodes 42 are alternately stacked, and the spacer 43 is interposed between the negative electrodes 41 and the positive electrodes 42, and the negative electrodes 41 and the positive electrodes are interposed therebetween. C42 electrode module, characterized in that each of the (42) connected in parallel to each other connected to the negative electrode terminal (10) and the positive electrode terminal (20), respectively. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 전극 모듈(40)을 감싸며 상기 전극 모듈(40)을 상기 타공 파이프(30)에 고정시키는 하나이상의 고정밴드(50)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 CDI 전극 모듈.CDI electrode module characterized in that it further comprises one or more fixing bands (50) surrounding the electrode module (40) and fixing the electrode module (40) to the perforated pipe (30). 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 전극 모듈(40)과 상기 음전극 단자(10) 및 양전극 단자(20)를 수용하는 외측 파이프(60)와, An outer pipe 60 for receiving the electrode module 40, the negative electrode terminal 10, and the positive electrode terminal 20; 상기 외측 파이프(60)의 양측을 밀폐시키며 상기 음전극 단자(10)의 유입구(11) 부위와 상기 양전극 단자(20)의 배출공(21) 부위를 노출시키는 밀폐뚜껑(70)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 CDI 전극 모듈.It further comprises a sealing lid 70 for sealing both sides of the outer pipe 60 and exposing the inlet 11 portion of the negative electrode terminal 10 and the discharge hole 21 portion of the positive electrode terminal 20. CDI electrode module, characterized in that. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 타공 파이프(30)와 외측 파이프(60)는 전기 절연재질로 된 것을 특징으로 하는 CDI 전극 모듈.The perforated pipe (30) and the outer pipe (60) is a CDI electrode module, characterized in that the electrical insulating material. 제 1 항 내지 제 5항에서 선택되는 어느 한 항에 의한 복수개의 CDI 전극 모듈의 음전극단자와 양전극단자를 병렬로 연결하여 고도정수 및 대용량 정수에 이용 되는 것을 특징으로 하는 CDI 전극 모듈.CDI electrode module characterized in that used in the high constant and large capacity constant by connecting the negative electrode terminal and the positive electrode terminal of the plurality of CDI electrode module according to any one of claims 1 to 5 in parallel. 제 1 항 내지 제 5 항에서 선택되는 어느 한 항에 의한 CDI 전극 모듈이 구비된 정수 및 연수용 정수장치.The water purification and soft water purification apparatus provided with the CDI electrode module of any one of Claims 1-5.
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