KR100331996B1 - 직수형 역삼투 가정용 정수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수도물을 역삼투 정수 방식에 의하여 곧바로 정수하여 즉시에 사용할 수 있도록 한 가정용 정수기에 관한 것이다.

기존의 역삼투를 이용한 정수 방식은 정제수의 수질은 양호하나 시스템 내에 저장 탱크를 가지는 구조적인 문제점을 가지고 있어 미생물 증식에 관한 많은 논란이 있어왔으며, 여타 다른 방식의 정수기 들에 있어서도 저장 탱크를 채용하게 됨으로서 정수기에 대한 신뢰성이 문제시 되고 있는 실정이다.

그럼에도 불구하고 현재까지 알려진 역삼투 가정용 정수기는 직수형 정수기로 사용하기에는 생산 수량이 부족하여 적용된 사례가 없다.

그러나, 최근 역삼투 분리막의 개량에 따른 생산 유량의 증가로 세균의 증식을 원천적으로 방지할 수 있는 직수형 역삼투 가정용 정수기의 개발이 가능하게 된것으로, 본 발명 역삼투 정수기는 생산수의 보존 탱크내 2차 오염에 의한 세균 증식을 근본적으로 방지하는 것을 목적으로 하며, 이를 위하여 정수 저장조를 없애고 정수 배관에서 직접 취수가 가능토록 한 것에 특징이 있다.

Description

직수형 역삼투 가정용 정수기{Tankless domestic water purifier of reverse osmosis type}

본 발명은 직수형 역삼투 가정용 정수기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 정수된 물을 저장조에 저장하였다가 사용하던 기존의 방식에서 탈피하여 정수 저장조 없이 정수 후 곧바로 배출시켜 취수 할 수 있도록 한 것이다.

주지하는 바와 같이 산업화가 진전됨에 따라 현대인 들은 편리함과 문명의 이기를 누리게 되었으나 그에 반하여 여러가지 폐혜가 수반 되었다.

그 대표적인 것으로 공장폐수, 생활하수 등에 의한 수질오염과 자동차 문화의 보편화와 공장에서 배출되는 가스 등에 의한 대기오염을 들 수 있다.

대기 오염은 결국 산성비로 되어 각종 동식물의 생존 근원인 물을 오염 시키게 됨으로서 지하수는 물론 수도물 까지도 마음놓고 마실수 없는 상태가 되었고, 각 가정에서는 정수기의 사용이 보편화 되기에 이르렀다.

기존의 정수기들은 여러가지 정수 방식을 취하고 있으나 분리막을 이용한 정수 방식이 세균, 중금속 등 극미세 물질까지 분리할 수 있어 가장 경제적이고 효과적인 방법으로 평가받고 있다.

그러나, 기존의 역삼투를 이용한 정수 방식은 정제수의 수질은 양호하나 시스템 내에 저장 탱크를 가지는 구조적인 문제점을 가지고 있어 미생물 증식에 관한 많은 논란이 있어왔으며, 여타 다른 방식의 정수기 들에 있어서도 저장 탱크를 채용하게 됨으로서 정수기에 대한 신뢰성이 문제시 되고 있는 실정이다.

그럼에도 불구하고 현재까지 알려진 역삼투 가정용 정수기는 직수형 정수기로 사용하기에는 생산 수량이 부족하여 적용된 사례가 없었던 것으로, 기존의 역삼투 정수기는 역삼투막 자체가 가지는 유량의 한계와 펌프 용량에 소음 등의 이유로 여과 직후 바로 취수가 가능한 정수 시스템이 불가능 하였다. 그러나, 1990년대 말 역삼투막의 급격한 기술 향상으로 막 유량이 기존 20gfd(gallon/day˙ft²)수준에서45gfd 이상으로 늘어나면서 막의 모듈 제조기술, 후처리 기술이 복합적으로 응용될 경우 저압에서도 직수형 가정용 역삼투정수기의 제작이 가능하게 되었다.

역삼투 성질을 이용한 분리막 필터로는 나노여과막과 역삼투 분리막이 있으며, 또한 역삼투 분리막은 나권형 폴리아마이드계 역삼투 분리막과 중공사형 폴리아마이드계 역삼투 분리막이 사용되어진다. 나권형 폴리아마이드계 역삼투 분리막은 부직포 또는 직포상에 폴리술폰계 또는 폴리에테르술폰계 고분자 막을 코팅한 후 고분자 표면에 방향족 또는 지환족 폴리아미드를 박막 코팅한 복합막을 평막상태에서 나권형으로 권취하여 모듈로 만든것이 사용되며, 중공사형 폴리아마이드계 역삼투 분리막은 폴리술폰계, 폴리에테르 술폰계 또는 폴리아크리로 나이트릴 중공사에 방향족 또는 지환족 폴리아마이드를 코팅한 후 모듈로 만든것이 사용된다.

이와 같이 제조된 역삼투 분리막을 이용한 정수기의 성능은 한외 여과막 또는 마이크로필터 등으로 이루어진 정수기에 비해 금속 이온에 대한 제거 효율이 월등한 성능을 갖는다.

현재까지 알려진 역삼투 가정용 정수기는 직수형 정수기로 사용하기에는 생산 수량이 부족하여 적용된 사례가 없다. 그러나 최근 역삼투 분리막의 생산 유량의 증가로 세균의 증식을 원천적으로 방지할 수 있는 직수형 역삼투 가정용 정수기의 개발이 가능하게 된 것이다.

본 발명은 저장 탱크 내의 세균 증식을 근본적으로 해결하기 위하여 정수 저장조를 없애고 여과직후 바로 취수가 가능한 직수형의 역삼투 가정용 정수기를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명 정수기의 정수 시스템을 보인 공정 개략도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 - 수도수 배관 2 - 수도수 급수밸브

3 - 수도수 급수배관 4 - 침전필터

5 - 가압펌프 6 - 전처리 카본필터

7 - 역삼투막 필터 8 - 역류 방지밸브

9 - 후처리 카본필터 10 - 정수 취수밸브

11 - 유량 제어밸브 12 - 정수 배관

13 - 농축수 배관

본 발명은 전처리 여과부 필터, 주 여과부 필터, 추처리 여과부 필터 및 정수 저장조를 주요부로 하는 통상의 가정용 정수기에 있어서, 상기 저장조 없이 말단 여과필터를 통과하여 최종 정수된 물을 정수 취수밸브를 통해 곧바로 취수가 가능하도록 한 직수형 역삼투 가정용 정수기에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

수도수 배관(1)으로부터 분기된 수도수 급수배관(2) 상에는 수도수 급수 밸브(3)가 장착되어 여과 시스템으로의 수도물을 공급 또는 차단 할 수 있도록 되어 있으며, 전처리 여과부 필터인 침전필터(4)와 전처리 카본필터(6)의 사이에는 가압펌프(5)가 장착되어 있고, 주 여과부 필터인 역삼투막 필터 또는 나노 여과필터(7)로 부터는 정수 배관(12)과 농축수 배관(13)으로 분기되어 정수된 물은 일측의 역류 방지 밸브(8)를 거쳐 말단 여과부 필터인 후처리 카본필터(9)로 유입되도록 구성되고, 타측은 유량 제어밸브(11)를 통과하여 배출 되도록 되어 있으며, 상기 후처리 카본필터(9)를 통과하여 최종 정수된 물은 정수 취수밸브(10)를 통하여 곧바로 취수가 가능토록 구성된 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명은 수도수 급수밸브(2)가 개방되면 수도수 급수배관(3)을 통하여 수도수 배관(1)으로부터의 수도수가 정수기 내부로 유입되어 침전필터(4)를 통과한 후 가압펌프(5)에 의해 가압되어 전처리 카본필터(6)를 통과한후 역삼투막 필터(7)에 의해 정수가 이루어지게 되는데, 이때의 가압 조건은 10 ∼125 psi 범위의 압력 조건에서 구동되며, 저장 탱크 없이 직접 취수밸브를 통하여 취수하게 된다.

본 발명에서 전처리 여과부 필터로는 금속재질 마이크로 필터, 폴리프로필렌 재질 마이크로 필터 등의 침전필터와, 그래뉼 활성탄소 필터, 분말 활성탄소 필터, 막대 활성탄소필터 등의 카본필터를 각각 또는 조합하여 사용하며, 후처리 여과부 필터는 자외선 소독장치, 활성탄소 필터, 세라믹 필터, 은 성분 함유 활성탄소 필터, 폴리프로필렌 재질 마이크로 필터, 한외여과막 필터, 자화 필터를 각각 또는 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 역삼투 분리막 필터는 나권형의 경우 모듈의 유효막 면적이 10∼40ft²범위이고, 모듈의 외경 지름이 1.8∼4 inch 범위이고, 모듈의 길이가 10∼16 inch 범위에 있는 것이 적합하며, 중공사형의 경우는 유효막 면적이 20∼50 ft²범위이고, 모듈의 외경 지름이 1.8∼4 inch 범위이고, 모듈의 길이가 10∼16 inch 범위에 있는 것이 적합하다.

역삼투막 필터 또는 나노여과막 필터(7)에 의해 정수된 물은 역류 방지밸브(8)를 거쳐 정수 배관(12)을 통해 후처리 카본필터(9)로 유입되어 최종 정수 과정을 거치게 되며, 최종 정수된 물은 정수 취수밸브(10)를 통하여 저장탱크 없이 곧바로 취수가 이루어지게 되는 것이다.

이때, 가압펌프(5)에 공급되는 원수 유입 수량은 역삼투 정수기 또는 나노여과 정수기 공히 분당 0.3∼12ℓ범위 내에서 사용량에 따라 선택 조절이 가능하도록 설계될 수 있으며, 이와 같은 정수 시스템은 역삼투막을 이용한 정수기에 한정되는 것은 아니며, 한외 여과막을 갖는 정수기 등에도 적용이 가능한 것이다.

한편, 정수 과정에서 농축된 농축수는 유량 제어밸브(11)를 거쳐 농축수 배관(11)을 통해 배수된다.

역삼투 정수기의 직수형을 가능하게 하는 것은 이 모듈의 성능에 의해 결정되며, 모듈의 성능은 사용되는 역삼투막의 물성과 유효막 면적, 구동 압력 등의 조건에 의해 다양하게 설계 적용 될 수 있다. 그리고, 본 발명에서는 가압펌프(5)가 사용되거나 또는 가압펌프 없이 일반 수도관에서 공급되는 수압 만으로도 운전이 가능 하도록 설계될 수 있다.

<실시예 1>

95 ±5㎛ 폴리에스터 부직포 상에 폴리술폰 50㎛을 코팅한 지지층을 제조 한 후 메타페닐렌디아민과 트리메조일 클로라이드로 계면 중합된 폴리마이드막을 얻은 후, 에폭시가 함침된 폴리에스테르 재질의 트리코트 상에 폴리프로필렌 재질의 메쉬가 사이에 놓인 상기, 폴리아미드막을 둔 후 롤링 접착을 하였다. 이때, 폴리아미드막의 평막 수는 5장으로 하고 길이는 2.1m로 하여 유효막 면적이 2.3ft², 외경이 3.5인치, 길이가 12인치 인 역삼투막 모듈을 제조 하였다.

이렇게 제조된 모듈을 도면과 같은 직수형 정수기에 설치하여 운전한 결과 물성은 25℃, 공급수의 압력 30psi, 공급수의 원수 농도가 500ppm에서 테스트 하여유량 260 GPD (gallon/day) 및 94.8%의 염제거율을 얻었다.

<실시예 2-7>

실시예 1에 의하여 제조된 역삼투막 모듈을 사용하고, 도면과 같은 직수형 정수기에 설치하여 25℃, 공급수의 원수 농도가 500 ppm에서 공급수의 압력을 15psi, 45psi, 60psi, 90psi, 120psi로 변경하여 유량 및 염제거 율을 측정하여 하기 표 1에 나타 내었다.

번호	구동압력	회수율(%)	유량(gpd)	분당 유량(ml/min)	염제거율(%)
실시예 2	15 psi	50	143	476	91.8
실시예 3	45 psi	50	380	999	95.4
실시예 4	60 psi	50	486	1277	96.7
실시예 5	90 psi	50	676	1777	96.9
실시예 6	120 psi	50	890	2339	96.6

상기한 바와 같은 본 발명은 역삼투 정수기를 비롯한 각종의 정수기에서 야기되는 생산수의 저장조 오염의 문제를 근본적으로 해결하여 고질적인 세균에 의한 2차 오염을 방지하여 위생적인 식수를 상시 제공 받을 수 있게되는 것이다.

Claims (12)

1. 전처리 여과부 필터, 주 여과부 필터, 후처리 여과부 필터 및 정수 저장조를 주요부로 하는 통상의 가정용 정수기에 있어서, 상기 후처리 여과부 필터를 통과하여 최종 정수된 물을 정수 저장조 없이 정수 취수밸브(10)를 통하여 곧바로 취수가 가능토록 구성됨을 특징으로 하는 직수형 역삼투 가정용 정수기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 주 여과부 필터가 역삼투막 필터인 것을 특징으로 하는 직수형 역삼투 가정용 정수기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 주 여과부 필터가 나노여과 분리막 필터인 것을 특징으로 하는 직수형 역삼투 가정용 정수기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전처리 여과부 필터는 침전필터(6)와, 전처리 카본필터(6)로 구성됨을 특징으로 하는 직수형 역삼투 가정용 정수기.
5. 제 4항 항에 있어서, 상기 전처리 여과부 필터인 침전필터(4)와, 전처리 카본필터(6)의 사이에 가압펌프(5)를 장착하여 강제 급수가 이루어 질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 직수형 역삼투 가정용 정수기.
6. 제 5항에 있어서, 상기 가압펌프(5)에 의한 압력 조건이 10psi 이상 125psi 이하의 압력 조건에서 구동됨을 특징으로 하는 직수형 역삼투 가정용 정수기.
7. 제 5항에 있어서, 상기 가압펌프(5)에 공급되는 원수 유입 수량이 분당 0.3∼12ℓ의 공급 조건에서 구동됨을 특징으로 하는 직수형 역삼투 가정용 정수기.
8. 제 4항에 있어서, 상기 전처리 여과부 필터인 전처리 여과필터(4)와, 전처리 카본필터(6)의 사이에 가압펌프(5) 없이 수도수 자체 압에 의하여 급수가 이루어 질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 직수형 역삼투 가정용 정수기.
9. 제 1항에 있어서, 상기 주 여과부 필터와 후처리 여과부 필터 사이의 정수 배관(12) 상에 역류 방지밸브(8)를 장착하여 이송 수의 역류가 방지될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 직수형 역삼투 가정용 정수기.
10. 제 1항에 있어서, 상기 주 여과부 필터인 역삼투막 필터(7)의 일측으로 분기 시킨 농축수 배관(13) 상에 유량 제어밸브(11)를 장착하여 여과 과정에서의 농축수를 배출 시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 직수형 역삼투 가정용 정수기.
11. 제 2항에 있어서, 상기 역삼투막 필터는 유효막 면적이 10∼40ft², 모듈의 외경 지름이 1.8∼4 inch, 모듈의 길이가 10∼16 inch 범위에 있는 나권형 모듈로 된 것을 특징으로 하는 직수형 역삼투 가정용 정수기.
12. 제 2항에 있어서, 상기 역삼투막 필터는 유효막 면적이 20∼50 ft², 모듈의 외경 지름이 1.8∼4 inch, 모듈의 길이가 10∼16 inch 범위에 있는 중공사형 모듈로 된 것을 특징으로 하는 직수형 역삼투 가정용 정수기.