KR100346572B1 - 산소발생 정수기 - Google Patents

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Abstract

산소 농도가 증가된 산소발생 정수기를 제공한다.
산소발생 정수기는 외부로부터 공급되는 물을 살균 및 소독하여 배출하기 위한 정수부, 외부로부터 공급되는 공기로부터 질소는 외부로 배출하고 산소만을 여과시키기 위한 산소 여과부 및 상기 정수부로부터 배출된 물에 상기 산소 여과부에서 걸러진 산소를 용해시키기 위한 산소 용해부를 구비한다. 여기에서, 산소 여과부 및 산소 용해부는 기체분리막 필터로 구성한다.
이와 같은 산소발생 정수기에 의하면, 물에 포함된 산소 농도를 향상시킬 수 있고, 정수에 산소를 용해시킬 때 기체분리막의 반투과성을 이용함으로써, 산소 분자를 마이크론 단위로 물에 용해시킬 수 있어 산소 분자의 용해도를 향상시킬 수 있다.

Description

산소발생 정수기{Oxygen Enriched Water Purifier}
본 발명은 정수기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기체분리막에 의해 여과된 산소를 정수에 용해시켜 산소 함유율을 증가시킨 산소발생 정수기에 관한 것이다.
인체는 80% 이상이 물로 구성되어 있기 때문에 물은 인체의 건강과 아주 밀접한 관계를 맺고 있다. 각 가정으로 공급되는 수돗물은 하천의 수계에서 취수장을 통하여 취수되어, 정수장에서 다단계의 여과 및 정수과정을 거친 후 상수도관을 통하여 각 가정, 공장, 사무실로 공급하도록 하고 있다. 그러나 정수 처리 과정에서 다량의 소독약품을 사용하므로 수돗물을 오염시키는 결과를 초래하여 일반 가정에서는 수돗물을 불신하고 있다. 이에 따라 사람들이 필요한 음용수는 시판되는 생수를 배달하여 먹거나 약수터를 이용하고 있는 실정이며, 수돗물은 음용수가 아니라 생활용수 정도로 사용하고 있다.
물은 자연 상태 그대로 섭취하는 것이 인체에 가장 유익하나 산업사회의 발전에 따라 수질 및 토양오염 등 자연환경 오염이 점차 가중되어, 수돗물을 가열한 후 섭취하는 것이 일반적이다. 그런데, 수돗물을 끓여 먹을 경우 중금속은 어느 정도 제거할 수 있지만 물에 함유된 다량의 미네랄 등 영양분이 파괴되어서 영양 섭취 면에서는 좋지 않은 결과를 초래한다. 이에 따라 각 가정이나 사업장에서 수돗물을 정수한 깨끗한 물을 식수로서 활용하기 위해 정수기가 널리 보급되어 있다.
정수기는 수돗물에 잔류하는 이물질이나 각종 오염균을 살균처리하여 정화하는 것으로서, 역삼투압 정수 시스템 방식과 자외선 살균 램프에 의한 살균 방법을 이용하는 형태가 있다.
한편, 산소는 공기중의 호흡을 통해서 뿐만 아니라 마시는 음료를 통하여 체내에 공급할 수도 있다. 산소 농도가 풍부한 물을 마시게 되면 체내의 혈중 산소농도가 향상되고, 혈중 산소 농도의 향상은 인체의 신진대사를 활발하게 하여 근육운동, 지구력 및 심폐기능 등을 향상시키는 역할을 한다.
그런데, 산업화 및 자동차 문화의 발달에 따라 대기중의 산소 농도는 감소되고 인체에 유해한 성분의 기체가 증가고 있으며, 대도시나 공업단지 등에서는 더욱 심하여 호흡 곤란을 겪게 되는 경우가 빈번하게 발생한다. 이러한 산업화는 또한 수질을 악화시키게 되고, 이에 따라 물의 오염도는 높아지고 산소농도는 점차적으로 감소되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공기에서 산소만 여과시켜 이를 음용수에 용해시킴으로써 산소 함량이 높은 물을 공급할 수 있는 산소발생 정수기를 제공하는 데 그 기술적 과제가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 산소발생 정수기의 구조도이다.
도 2는 도 1에 도시한 산소 용해부의 상세 구조도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 정수부 20 : 산소 여과부
30 : 산소 용해부 32 : 프리 필터부
34 : 메인 필터부 36 : 펌프
38 : 공기 필터부 40 : 산소 발생부
42 : 용해조 44 : 기체분리막 필터
46 : 정수 유입구 48 : 산소 유입구
50 : 배출구
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 외부로부터 공급되는 물을 살균 및 소독하여 배출하기 위한 정수부, 외부로부터 공급되는 공기로부터 질소는 외부로 배출하고 산소만을 여과시키기 위한 산소 여과부 및 상기 정수부로부터 배출된 물에 상기 산소 여과부에서 걸러진 산소를 용해시키기 위한 산소 용해부를 구비한다.
여기에서, 정수부는 프리 필터부 및 메인 필터부로 이루어지며, 이때 프리 필터부 및 메인 필터부는 정수기에 사용되는 일반적인 필터가 사용되며, 상기 프리 필터부는 용도에 따라 가감이 가능하다.
또한, 산소 여과부는 외부로부터 유입된 공기를 압축시켜 배출하기 위한 펌프, 상기 펌프로부터 공급되는 공기로부터 이물질을 제거하기 위한 공기 필터부 및 상기 공기 필터부로부터 공급되는 공기로부터 질소를 분리하여 외부로 배출하여 산소를 여과시키기 위한 산소 발생부로 구성된다. 여기서, 산소 발생부는 압축-탈착 공정의 PSA(Pressure swing adsorption) 방식 및/또는 기체분리막 등 산소를 발생시키는 장치 및 방법을 사용할 수 있으며, 산소를 발생시킬 수 있는 것이라면 어느 것을 사용하여도 무방하다. 그러나, 최소한의 공간과 운전비 및 장치설계 측면에서 기체분리막을 이용하여 산소를 발생시키는 것이 바람직하다.
상기 기체분리막은 산소를 발생할 수 있는 것이면 어떠한 기체분리막도 사용가능하다. 이와 같은 요건을 충족할 만한 기체분리막이나 이들의 제법은 본 분야 잘 알려져 있다.
특정한 바람직한 양태로서, 본 발명의 산소발생장치에 사용될 수 있는 산소분리막은 실리콘, 폴리이미드, 폴리아미드, 셀룰로즈아세테이트, 폴리설폰, 폴리비닐알코올, 폴리페닐옥사이드, 폴리부틸아크릴레이트 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택된 고분자를 용매중에 용해시키고, 형성된 혼합물을 캐스팅하거나 노즐을 통해 방사시켜 막을 형성하고, 형성된 막을 응고시키며, 응고된 막을 세척하고 건조시키고, 임의로 건조된 막을 열처리하거나 코팅하여 제조된 기체 분리막을 포함한다.
본 발명에 따른 신규한 기체 분리막은 어떠한 형태로도 가능하다. 즉, 본 발명의 분리막은 단일막(균질막), 복합막 또는 비대칭막 등으로 제조할 수 있다. 이들 막은 평판, 중공관, 중공섬유, 스파이랄 와운드형 등의 형태로 할 수 있으며 이러한 형태로 막을 제조하는 것은 잘 알려져 있다. 또한 일차 또는 이차 고분자 용해물 내에 니켈, 코발트, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 티탄, 철, 구리 및 크롬의 탄산염, 질산염, 아세트산염, 할로겐화물 및 아세틸아세토네이트로 이루어진 그룹중에서 선택된 유기금속화합물을 첨가시켜 막의 성능을 향상시켜 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 신규한 기체 분리막을 제조하는데 사용되는 고분자는 용매에 대하여 10 내지 40중량%, 바람직하게는 15 내지 25중량%를 사용할 수 있고, 유기금속화합물은 용매에 대하여 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 신규한 기체 분리막을 제조하는데 사용되는 용매로는 테트라하이드로푸란, 알코올(예, 1,2-부탄올, 1,2-펜탄올, 1,3-펜탄올) 또는 이의 유도체, 알킬 아세테이트(예, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트) 또는 이의 유도체, 트리클로로에탄, 아세테이트 등이 포함된다.
본 발명에 따른 신규한 기체 분리막을 제조할 때 막의 분리능을 향상시키기 위해 첨가제로서 계면활성제가 추가로 사용될 수 있다. 계면활성제로는 예를 들면 폴리옥시에틸렌과 폴리옥시프로필렌의 공중합체, 폴리옥시에틸렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 등 포함된다. 이의 사용량은 약 0.1 내지 10 중량%이다.
한편, 산소 용해부는 상기 정수부로부터 배출된 정수가 유입되는 용해조, 상기 산소 여과부로부터 발생된 산소가 유입됨에 따라 산소 분자를 상기 용해조로 배출하기 위한 기체분리막, 및 상기 기체분리막으로부터 배출된 산소분자가 상기 용해조 내의 정수에 용해됨으로써 제조되는 산소수를 외부로 배출하기 위한 배출구를 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 산소발생 정수기의 구조도이다.
도시된 것과 같이, 본 발명에 의한 산소발생 정수기는 외부로부터 공급되는 물을 살균 및 소독하여 배출하기 위한 정수부(10), 외부로부터 공급되는 공기를 기체 분리하여 질소는 외부로 배출하고 산소만을 여과시키기 위한 산소 여과부(20) 및 정수부(10)로부터 배출된 물에 산소 여과부(20)에서 걸러진 산소를 물에 용해시키기 위한 산소 용해부(30)로 구성된다.
여기에서, 정수부(10)는 프리 필터부(32) 및 메인 필터부(34)로 구성되는데, 프리 필터부(32)는 물에서 검출되는 녹물, 각종 오염물 및 부유물질 등을 여과하여 메인 필터부(34)의 손상을 방지하고 정수 효과가 향상되도록 한다. 메인 필터부(34)는 프리 필터부(32)에서 1차 정화된 물에 포함되어 있는 각종 화학물질, 무기 미네랄, 이물질 등을 여과시켜 주는 역할을 한다.
프리 필터부(32) 및 메인 필터부(34)는 각각 다수 개의 필터로 구성하는 것이 바람직하며, 특히 메인 필터부(34)는 역삼투막과 같은 반투과 특성을 갖는 막을 이용하여 구성하면 정수 효과를 극대화시킬 수 있다.
한편, 산소 여과부(20)는 펌프(36), 공기 필터부(38) 및 산소 발생부(40)로구성된다. 펌프(36)는 정수기로 공급되는 전원에 의해 동작하며, 외부로부터 유입된 공기를 압축시켜 공기 필터부(38)로 전달하고, 공기 필터부(38)는 공기 중의 먼지 등 이물질을 제거한다. 산소 발생부(40)는 이물질이 제거된 공기로부터 질소(N2)와 산소(O2)를 분리하는 역할을 한다.
질소와 산소와의 용이한 분리를 위하여 산소 발생부(40)는 기체분리막을 이용하여 구성하는 것이 바람직하다. 기체분리막은 반투과의 성질을 이용하여 특정 물질을 다른 물질로부터 분리 혹은 전달하는 역할을 하며, 단순하게 어떠한 크기 이상을 분리 및/또는 전달하는 것 외에도 전하반발력, 용해도 및 확산률 등의 성질을 이용하여 분리 및/또는 전달 특성을 강화시킬 수 있다. 기체분리막을 이용하면 온도 및 압력 조건 설정이 용이하고 화학 약품이 적게 요구되며, 처리 공정시 공간 이용률이 높을 뿐 아니라 대기 오염 등 환경파괴성 부산물의 생성률이 낮은 이점이 있다. 이와 같이, 기체분리막은 반투과성을 갖기 때문에, 산소와 질소가 갖는 분자 크기의 차이를 이용하여 공기가 기체분리막을 통과할 때, 기체분리막의 반투막을 통과하지 못하는 질소는 외부로 배출시키고, 그 반투막을 통과한 산소만이 산소 용해부(30)로 유입되도록 한다.
정수부(10)의 메인 필터부(34)로부터 유출된 정수와, 산소 여과부(20)의 산소 발생부(40)로부터 유출된 산소는 산소 용해부(30)로 유입된다. 산소 용해부(30)는 정화된 물에 산소를 용해시키기 위한 것으로, 분자 크기에 따라 여과 특성이 달라지는 기체분리막을 이용하여 구성하는 것이 바람직하다.
산소 용해부(30)로부터 배출되는 물은 산소 함량이 증가된 산소수이며, 정수기 사용자는 산소가 충만한 물을 섭취할 수 있게 된다.
도 2는 도 1에 도시한 산소 용해부의 상세 구조도이다.
도시된 것과 같이, 산소 용해부(30)는 정수부(10)로부터 배출된 산소가 유입되어 충진되는 용해조(42), 산소 여과부(20)로부터 발생된 산소가 유입됨에 따라 산소 분자를 용해조(42)로 배출하기 위한 기체분리막 필터(44)으로 구성된다.
보다 자세히 설명하면, 정수부(10)에서 정화된 물은 정수 유입구(46)를 통해 용해조(42)로 유입되고, 산소 발생부(40)에서 걸러진 산소는 산소 유입구(48)를 통해 기체분리막 필터(44)로 유입된다.
기체분리막 필터(44)는 용해조(42)로 유입된 정수의 물분자가 기체분리막 필터(44)로 유입되지 못하게 하면서, 기체분리막 필터(44) 내의 산소 분자가 용해조(42)로 유출되도록 한다. 기체분리막 필터(44) 내의 산소 분자는 용해조(42)에 충진된 물에 의해 고압 상태에서 유입되므로 마이크론 단위로 유출될 수 있고, 이에 따라 산소 분자의 용해도를 향상시킬 수 있으므로, 고농도의 산소수를 제조할 수 있게 된다.
일반적으로 정수에 산소를 혼입하여 버블링(bubbling)하는 식으로 산소를 용해시키는 방법은 산소기포의 직경이 크기 때문에 최대 40ppm 정도로 용해되며, 만약 버블링을 종료하면 상기 용해된 산소 또한 수분내에 10ppm 이하로 떨어진다. 그러나, 본 발명의 산소가 용해된 물은 기체분리막 필터(44)에서 배출되는 산소가 마이크론 단위이기 때문에 최대 100ppm 이상으로 산소가 정수에 용해되며, 산소공급이 없어도 2 내지 4 시간 동안 산소를 정수에 충만되도록 유지할 수 있다.
산소가 용해된 물(산소수)은 배출구(50)를 통하여 정수기 외부로 배출된다.
여기서, 전술한 용해부(30)의 기체분리막 필터(44)대신 산소발생부(40)를 용해부(30) 내부에 안치시킴으로서, 산소 여과부(20)의 공기필터부(38)로부터 배출된 압축공기를 용해부(30)에 안착되어 있는 산소 여과부(20)에 직접 공급함으로써, 장치의 구성을 줄여 제작비를 절감할 수 있다. 그런데, 이와 같이 산소 발생부(40)가 산소 용해부(30)에 직접 안착된 구성을 갖는 경우에는 액상의 정수가 산소 발생부(40)를 구성하는 기체분리막으로 유입되지 않토록 소수성 물질로 상기 기체분리막을 코팅할 필요가 있다.
이상에서 설명한 산소 여과부(20) 및 산소 용해부(30)는 정수기뿐만 아니라 냉온수기 등 산소 함량을 향상시키고자 하는 모든 장치에 효과적으로 이용될 수 있다.
이하 실시예로 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예가 본 발명을 한정하는 것으로 이해되어서는 아니된다.
<실시예 1>
500ml 반응조에 방사원액으로 폴리설폰(PS, AMOCO사 Udel P-3500) 25g을 용매인 테트라하이드로퓨란(THF, Aldrich) 78.7ml중에 용해시키고 용해물에 금속 화합물로서 클로로트리스트리페닐포스핀로듐(RhCl[P(C6H5)3]3, Aldrich) 5g을 첨가하였다. 혼합물을 자동 막 제조장치(IMOTO 301)을 사용하여, 드라이빙 스트로크 150mm, 어플리케이션 속도 30 mm/sec, 55번 바(125.7 ㎛)의 조건 하에 캐스팅하였다. 제조된 막을 건조기 내에서 서서히 증발, 건조시킨 후, 잔류용매제거를 위하여 진공오븐에서(80℃)에서 24시간이상 건조시켰다. 건조시킨 막에 상기한 자동 막 제조장치를 이용하여(3번 바(6.86 ㎛)) 5중량% 실리콘 용액으로 코팅한 후, 상기 건조 과정과 동일한 조건에서 건조시켜 제조하였다. 이와 같이 얻어진 막의 두께는 약 88 ㎛이었다.
상기 제조된 막의 투과도 및 선택도를 기체 투과능 측정장치(밀리포아 필름 홀더 90mm, YY3009000)를 이용하여 측정하였다. 본 발명에 따라 제조된 기체분리막의 산소/질소 선택도는 3.8(GPU, x10-4cm3/cm2.sec.cmHg)로 나타났다.
산소발생장치에서 분리막을 상기 제조된 기체분리막을 사용하고 실시예 1에서와 동일한 방식으로 토출 산소농도 변화를 측정하였다. 이의 결과는 하기 표 1에 기록되어 있다.
가동시간(min) 토출산소농도(%)
0.5 38.1
1 38.4
2 38.4
3 38.5
4 38.5
5 38.5
6 38.5
7 38.6
8 38.7
9 38.7
10 38.7
15 38.7
20 38.8
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 기체분리막 필터에 의해 공기로부터 산소를 여과한 후 정수에 용해시킴으로써, 물에 포함된 산소 농도를 향상시킬 수 있다.
또한, 정수에 산소를 용해시킬 때 기체분리막의 반투과성을 이용함으로써, 산소 분자를 마이크론 단위로 물에 용해시킬 수 있어 산소 분자의 용해도를 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 외부로부터 공급되는 물을 살균 및 소독하여 배출하기 위한 정수부(10);
    외부로부터 공급되는 공기를 기체 분리하여 질소는 외부로 배출하고 산소만을 여과시키기 위한 산소 여과부(20); 및
    상기 정수부(10)로부터 배출된 물에 상기 산소 여과부(20)에서 걸러진 산소를 용해시키기 위한 산소 용해부(30);
    를 구비하는 산소발생 정수기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 여과부(20)는 외부로부터 유입된 공기를 압축시켜 배출하기 위한 펌프;
    상기 펌프(36)로부터 공급되는 공기로부터 이물질을 제거하기 위한 공기 필터부(38); 및
    상기 공기 필터부(38)로부터 공급되는 공기로부터 질소를 분리하여 외부로 배출하여 산소를 여과시키기 위한 산소 발생부(40);
    를 구비하는 산소발생 정수기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    공기 필터부(38)가 기체분리막으로 구성된 것을 특징으로하는 산소발생 정수기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기체분리막이 실리콘, 폴리이미드, 폴리아미드, 셀룰로즈아세테이트, 폴리설폰, 폴리비닐알코올, 폴리페닐옥사이드, 폴리부틸아크릴레이트 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택된 고분자를 용매중에 용해시키고, 생성된 용해물에 니켈, 코발트, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 티탄, 철, 구리 및 크롬의 탄산염, 질산염, 아세트산염, 할로겐화물 및 아세틸아세토네이트로 이루어진 그룹중에서 선택된 유기금속화합물을 첨가하며, 형성된 혼합물을 캐스팅하거나 노즐을 통해 방사시켜 막을 형성하고, 형성된 막을 응고시키며, 응고된 막을 세척하고 건조시키고, 임의로 건조된 막을 열처리하거나 코팅하여 제조된 기체 분리막임을 특징으로 하는 산소발생 정수기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 산소 용해부(30)는 상기 정수부(10)로터 배출된 산소가 유입되어 충진되는 용해조(42);
    상기 산소 여과부(20)로부터 발생된 산소가 유입됨에 따라 산소 분자를 상기 용해조(42)로 배출하기 위한 기체분리막 필터(44); 및
    상기 용해조(42) 내의 산소분자가 용해된 정수를 외부로 배출하기 위한 배출구(50);
    를 구비하는 산소발생 정수기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기체분리막이 실리콘, 폴리이미드, 폴리아미드, 셀룰로즈아세테이트, 폴리설폰, 폴리비닐알코올, 폴리페닐옥사이드, 폴리부틸아크릴레이트 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택된 고분자를 용매중에 용해시키고, 생성된 용해물에 니켈, 코발트, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 티탄, 철, 구리 및 크롬의 탄산염, 질산염, 아세트산염, 할로겐화물 및 아세틸아세토네이트로 이루어진 그룹중에서 선택된 유기금속화합물을 첨가하며, 형성된 혼합물을 캐스팅하거나 노즐을 통해 방사시켜 막을 형성하고, 형성된 막을 응고시키며, 응고된 막을 세척하고 건조시키고, 임의로 건조된 막을 열처리하거나 코팅하여 제조된 기체 분리막임을 특징으로 하는 산소발생 정수기.
KR1020010058784A 2001-09-21 2001-09-21 산소발생 정수기 KR100346572B1 (ko)

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