KR100409207B1 - 이온자화연수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하측 개구와 상측 개구를 갖고, 이온교환수지가 내부에 길이방향으로 설치되는 연수탱크와, 상기 연수탱크의 하측 개구를 통하여 상기 이온교환수지의 중심부로 삽입되는 중공의 직수관과, 상기 직수관을 지지하면서 상기 연수탱크의 하측에 결합되고, 외부로부터 상기 연수탱크로 원수가 공급되도록 하는 하측 커버어셈블리와, 상기 하측 커버어셈블리를 통하여 공급되는 원수를 상기 직수관으로 공급되도록 하거나 상기 이온교환수지로 공급되도록 조절하기 위한 유로 조절어셈블리 및 상기 연수탱크의 상측에 결합되고, 상기 연수탱크내의 물이 상기 연수탱크의 상부영역에서 외부로 배출되도록 하는 유로를 제공하기 위한 상측 커버어셈블리를 구비한다.

Description

이온자화연수기{AN ION MAGNETIZATION SOFT WATER APPARATUS}

본 발명은 이온 자화연수기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 물속의 각종 중금속과 불순물을 완벽하게 제거하여 부드러운 물을 사용하도록 하는 이온 자화연수기에 관한 것이다.

일반적으로 연수기는 수돗물 등의 원수를 이온교환 작용으로 통하여 연수로 개선할 때 사용된다. 종래 연수기는 수도배관과 직접 연결시켜서 사용할 수 있도록 되어 있으므로 연수탱크 내부에 항상 수도의 직수압이 걸려있는 상태의 구조를 갖는다.

대한민국 실용신안공개번호 제93-2693호에서는 원통형 용기내의 거름망 상부에 이온교환수지를 내장시켜 상부에서 물을 공급하여 하부로 급수되게 하는 연수기를 개시하고 있다. 여기서 개시된 연수기는 염수 투입구를 설치하고 저면에 재생수 배출코크를 구비하고 있다. 그러나 이와 같은 종래 연수기는 내부의 청소가 어렵고 저면에 재생수가 세정 후에도 잔류하므로 지속적으로 재생수를 배출시키지 않으면 재 오염수를 사용할 수 있는 문제점이 있다.

한편 대한민국 실용신안공개번호 제96-27157호에서는 전원을 사용하지 않고 불순물을 제거할 수 있도록 구성되고, 일부 이온교환수지만 교환하여 정수기로도 사용할 수 있도록 하는 연수기를 개시하고 있다. 그러나 이와 같은 연수기는 청소가 거의 불가능한 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 연수탱크 내부를 용이하게 세정할 뿐만아니라 잔유물을 완벽하게 처리할 수 있는 새로운 형태의 이온 자화연수기를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 자화연수기의 사시도;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 자화연수기의 분해 사시도;

도 3은 본 발명의 이온 자화연수기의 유로전환의 작동을 설명하기 위한 도면;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 자화연수기를 통하여 물이 정수되는 상태를 보여주는 도면;

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 자화연수기의 내부 오염물을 세정하는 상태를 보여주는 도면;

도 6은 본 발명의 이온 자화연수기에 사용되는 수지의 특성을 보여주는 도면;

도 7은 본 발명의 이온 자화연수기에 사용되는 상당수지의 예를 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 이온 자화연수기 20 : 연수탱크

30 : 직수관 40 : 플랜지

50 : 하측 커버어셈블리 60 : 유로 조절어셈블리

80 : 상측 커버어셈블리 90 : 콕크

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 하측 개구와 상측 개구를 갖고, 이온교환수지가 내부에 길이방향으로 설치되는 연수탱크와; 상기 연수탱크의 하측 개구를 통하여 상기 이온교환수지의 중심부로 삽입되는 중공의 직수관과; 상기 직수관을 지지하면서 상기 연수탱크의 하측에 결합되고, 외부로부터 상기 연수탱크로 원수가 공급되도록 하는 하측 커버어셈블리와; 상기 하측 커버어셈블리를 통하여 공급되는 원수를 상기 직수관으로 공급되도록 하거나 상기 이온교환수지로 공급되도록 조절하기 위한 유로 조절어셈블리 및 상기 연수탱크의 상측에 결합되고, 상기 연수탱크내의 물이 상기 연수탱크의 상부영역에서 외부로 배출되도록 하는 유로를 제공하기 위한 상측 커버어셈블리를 구비한다.

이와 같은 이온 자화연수기는 그 실시예에서 상기 유로 조절어셈블리는 상기 직수관의 하측에 설치되고, 상기 직수관이 상기 연수탱크내로 삽입되었을 때 상기 하측 개구를 밀폐시키며, 상기 직수관의 중공으로 통하는 제 1 유로와 상기 이온교환수지로 통하는 제 2 유로가 형성된 플랜지 및 상기 하측 커버어셈블리에 결합되어 상기 제 1 유로 또는 제 2 유로 중 어느 하나는 막고 다른 하나는 열리도록 하므로써 원수의 흐름을 조절하는 조절유니트를 구비할 수 있다.

이와 같은 이온 자화연수기는 상기 직수관의 상단과 상기 제 2 유로의 상단에 각각 설치되는 걸름망을 더 구비할 수 있다.

이와 같은 이온 자화연수기는 상기 조절유니트는 상기 플랜지의 면을 따라 이동하여 상기 제 1 유로 또는 제 2 유로를 막는 볼과; 상기 볼이 탄성적으로 상기 플랜지의 면에 밀착되도록 하는 스프링 및 상기 하측 커버어셈블리에 설치되어 상기 스프링을 지지하면서 상기 볼을 이동시키기 위한 스위치를 구비할 수 있다.

이와 같은 이온 자화연수기는 상기 조절유니트는 상기 상측 커버어셈블리는 콕크를 구비할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 7에 의거하여 상세히 설명하며, 도 1 내지 도 5에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.

도 1 및 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 자화연수기를 설명하기 위한 도면들이다.

도 1 및 2를 참조하면, 이온 자화연수기(10)는 수돗물과 같은 원수를 공급받고 이온교환작용을 통하여 연수로 변환시켜서 사용자가 사용할 수 있도록 한다. 이 이온 자화연수기(10)로 원수를 공급하는 라인은 연수탱크(20)의 하부에 결합되고, 처리된 연수를 사용하는 기기(일반 수도꼭지 또는 샤워기)(100)도 연수탱크(20)의 하측부근에 결합된다. 물론, 사용기기(100)로 나오는 물은 연수탱크(20)의 이온교환수지(200; 도 4참조)에 의해서 처리된 연수이다.

이온 자화연수기(10)는 연수탱크(20), 직수관(30), 하측 커버어셈블리(50), 상측 커버어셈블리(80), 유량 조절어셈블리(60) 등으로 이루어진다. 연수탱크(20)는 하측 개구(22)와 상측 개구(24)를 갖고, 이온교환수지(200)가 내부에 길이방향으로 설치된다. 물론, 연수탱크(20)의 하측에는 사용기기(100)와 연결되는 결합구(26)가 설치된다. 직수관(30)은 중공(32)으로 형성되고, 연수탱크(20)의 하측 개구(22)를 통하여 이온교환수지(200)의 중심부로 삽입된다. 하측 커버어셈블리(50)는 직수관(30)을 지지하면서 상기 연수탱크(20)의 하측에 결합되어 외부로부터 상기 연수탱크(20)로 원수가 공급되도록 한다. 유로 조절어셈블리(60)는 상기 하측 커버어셈블리(50)를 통하여 공급되는 원수를 상기 직수관(30)으로 공급되도록 하거나 상기 이온교환수지(200)로 공급되도록 조절한다. 상측 커버어셈블리(80)는 상기 연수탱크(20)의 상측에 결합되고, 상기 연수탱크(20)내의 물이 상기 연수탱크(20)의 상부영역에서 외부로 배출되도록 하는 유로를 제공하기 한다.

유로 조절어셈블리(60)는 상기 직수관(30)의 하측에 설치되는 플랜지(40)와 조절유니트로 이루어진다. 플랜지(40)는 상기 직수관(30)이 상기 연수탱크(20)내로 삽입되었을 때 상기 하측 개구(22)를 밀폐시키며, 상기 직수관(30)의 중공(32)으로 통하는 제 1 유로(34)와 상기 이온교환수지(200)로 통하는 제 2 유로(70)가 형성된다. 조절유니트는 상기 하측 커버어셈블리(50)에 결합되어 상기 제 1 유로(34) 또는 제 2 유로(70) 중 어느 하나는 막고 다른 하나는 열리도록 하므로써 원수의 흐름을 조절한다. 이 조절유니트는 볼(68), 스프링(66), 스위치(62,64)로 이루어진다. 볼(68)은 상기 플랜지(40)의 면을 따라 이동하여 상기 제 1 유로(34) 또는 제 2 유로(70)를 막는다. 스프링(66)은 상기 볼(68)이 탄성적으로 상기 플랜지(40)의 면에 밀착되도록 한다. 상기 스위치(62,64)는 상기 하측 커버어셈블리(50)에 설치되어 상기 스프링(66)을 지지하면서 상기 볼(68)을 이동시킨다.

한편 상기 직수관(30)의 상단과 상기 제 2 유로(70)의 상단, 상부 커버어셈블리(80)의 하단에는 각각 걸름망(36,44,84)이 설치되고, 상기 상측 커버어셈블리(80)에는 콕크(82)가 설치된다.

도 3은 본 발명의 이온 자화연수기의 유로전환의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 자화연수기를 통하여 물이 정수되는 상태를 보여주는 도면이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 자화연수기의 내부 오염물을 세정하는 상태를 보여주는 도면이다.

도 3에서 보인 바와 같이, 유로 조절어셈블리(60)의 스위치(62)를 작동시켜서 원수가 직수관(30)으로 흐르도록 하는 경우(A), 도 4에서 도시한 바와 같이, 원수는 플랜지(40)의 제 1 유로(34)를 통하여 직수관(30)의 중공(32)으로 흐른다. 이 원수는 이온교환수지(200)를 통하여 이온화되어 연수로 변환되어 외부기기(100)로 배출되어 사용자가 사용하게 된다.

다음, 도 3에서 유로 조절어셈블리(60)의 스위치(62)를 작동시켜서 원수가 이온교환수지(200)로 흐르도록 하는 경우(B), 도 5에서 도시한 바와 같이, 원수는 플랜지(40)의 제 2 유로(70)를 통하여 이온교환수지(200)의 하부로부터 상부로 흐른다. 이때, 이온교환수지(200)의 상부에 있던 부유물은 연수탱크(20)의 상부로 떠오르게 된다. 이와 같은 상태에서 상부 커버어셈블리(80)의 콕(82)을 열면 연수탱크(20) 내의 부유물은 외부로 배출된다. 이때, 상기 직수관(30)의 상단과 상기 제2유로(70)의 상단 및 상부 커버어셈블리(80)의 하단 중심부에 설치되어 있는 걸름망(36,44,84)은, 상기 작용이 이루어지면서 이온교환수지(200)가 중공(32) 내부로 유입되거나 코크(82)를 통하여 외부로 배출되는 것을 방지하는 역할을 한다

도 6은 본 발명의 이온 자화연수기에 사용되는 수지의 특성을 보여주는 도면이고, 도 7은 본 발명의 이온 자화연수기에 사용되는 상당수지의 예를 보여주는 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 이온 자화연수기에 사용되는 대표적인 이온교환수지는 강산성 양이온 교환수지를 사용한다. 이 이온교환수지는 스티렌계수지와 페놀술폰산수지 등이 사용된다.

스티렌계수지는 가장 잘 알려진 강산성 양이온 교환수지로 술폰산기(-SO3H)를 교환기로 가지고 있으며 그 골조는 styrene과 divinyl benzene의 공중합체로 되어 있다. sulfonic acid polystyrene-DVB 공중합체는 일반적으로 강산, 강염기에 안정하며 산화제에도 침해받지 않으며, 술폰산(sulfonic acid)이 교환기로 되어 있어 전 pH 범위에서 이온교환이 가능하다. 이 교환수지는 갈색 내지 흑갈색으로 불투명하며 일반적으로 가교도가 커서 색이 짙게 되는 경향이 있다. 수중에서의 겉보기 비중은 1.3 전후이다. sulfonic acid polystyrene-DVB 수지의 안정성은 유리산의 형태는 100℃ 정도까지는 교환용량의 변화가 없고, 염형에서는 120℃의 고온까지 안정하다. 가열하면 분해되어 교환용량, 밀도, 수분 흡착이 저하하고 186℃에서 24시간 가열하면 교환용량이 15∼40% 저하한다. 가교도가 증가할수록 열에 대한 안정성이 좋아지며 수지의 근본적인 성질을 지배하는 것은 교환기의 종류 및 성질, 교환기의 수(교환용량) 및 가교도의 정도이다. 여기서 가교도란 1차원의 중합체를 3차원적으로 결합시키는 역할을 하는 브리지(bridge)에 관계되는 것을 나타내는 것으로서, 구체적으로는 수지중의 분자망목의 크기에 대응하여 있으며 일반적으로 DVB의 함유량을 나타낸다. Sulfonic polystyrene-DVB 수지는 양이온 교환체로서 가장 널리 쓰여지고 있으며 시판되는 sulfonic polystyrene-DVB 수지에는 Diaion SK, Zeorex SA, Dowex 50, Amberlite IR-120, 112 등이 있다.

페놀솔폰산수지는 formaldehyde(CH2O) 및 phenol과 함께 결합시켜 얻는다. 교환기는 강산성의 sulfonic acid radical과 약산성의 phenol radical 양방의 radical을 가지고 있다. 전 pH 범위에서 교환 가능하지만 pH가 낮은 영역에서는 sulfonic acid radical 자체가 pH 8 이상의 높은 영역에서는 phenol radical도 교환반응을 일으킨다. 따라서 pH에 따라 교환용량이 변화한다. 낮은 pH 범위에서의 교환용량은 sulfonic polystyrene-DVB 수지에 비하여 적다. 흑색 구형 또는 입상으로서 팽창, 수축의 정도는 그다지 크지 않고 망목구조는 그다지 치밀하지 못하다. 시판되는 수지로는 Diaion K, Dowex 30, Duolite C-1 등이 있다.

다음은 이와 같은 이온 자화연수기의 이온교환능을 실험하는 한 방법을 예시한 것이다.

먼저 경수로부터 Ca2+나 Mg2+ 등을 제거하여 연수를 만드는 방법은 오늘날까지 일반산업분야에서 여전히 사용되고 있으며, 탈염수나 탈이온수를 제조하는데는 정제하고자 하는 물을 양이온 교환수지나 음이온 교환수지 층을 연속적으로 정제하고자 하는 물을 양이온 교환수지나 음이온 교환수지 층을 연속적으로 통과시키거나 혼합된 이온교환수지층을 통과시켜서 양이온과 음이온을 동시에 제거하는 방법을 종종 사용한다.

이온교환능을 실험하기 위한 이온교환체의 준비와 이온교환관의 제조는, 먼저 건조한 상태로 접수된 이온교환수지는 신선한 증류수로 서너번 씨어준 다음 2~3일동안 증류수안에 담그어서 팽윤시켜서 사용한다. 그리고 수지가 사용되기 시작한 후에는 수지가 절대로 전조되지 않도록 주의해야 하므로 수지는 뚜껑이 있는 병에 증류수를 채워서 보관하는 것이 좋다. 이온교환관이나 탑은 분리하고자 하는 물질의 양과 분리 난이도에 따라서 크기가 정해지지만, 간단한 실험용으로는 길이가 20~80cm, 직경이 1~1.5cm정도되는 관이면 충분하다. 이온교환관에 수지를 채울 때에는 반드시 물을 중앙부분까지 채운다음 수지를 서서히 채워서 이온교환탑내부에 기포나 골 등이 생기지 않도록 주의하여야 한다. 만약 탑 내에 기포나 골이 생겼으면 교환관 밑부분에 원수를 연결하고 서서히 역류시켜서 수지를 현탁시킨 다음 다시 정착시켜서 사용한다. 수지를 완전히 채우면 관의 수지 윗 표면을 약간의 유리섬유로 막아주어 분액 깔대기로부터 흘러나오는 용액에 의하여 수지탑의 윗표면이 흩어지는 것을 방지한다. 이와 같은 이온교환관이 준비되면 요구하는 수지형으로 활성화하기 위하여 수소형 양이온교환수지는 염산으로, Na형 양이온 교환수지는 NaCl로 처리하고, OH형 음이온 교환수지는 NaOH로, Cl형 음이온 교환수지는 HCl나 NaCl로 처리하여 재활성화 한다. 재활성화 방법으로는 50~100ml 분액깔대기에 사용하고자 하는 수지에 적당한 시약 2~6F 농도의 용액 약 50ml를 넣고 교환관에 부착시킨 다음 분액 깔대기의 정지콕은 미리 완전히 열고 교환관 아래 부분에 있는 정지콕을 이용하여 관내의 수지가 마르지 않도록 주의하면서 용액을 흘려내린다. 양이온 교환수지와 음이온 교환수지 관에서 수소나 수산형태로 활성화되어 있는 수지가 각각 NaCl용액과 반응하면 HCl과 NaOH용액이 유출액으로 모아진다. 활성화가 끝난 교환관은 증류수로 유출액이 중성으로 될 때까지 충분히 씻어준 다음 실험하고자 하는 용액을 깔대기에 넣고 초당 1~2방울 정도로 유출시키면서 이온교환반응 시험하여 유출액을 모아둔다. 모든 시험액이 유출되면 적당한 용매를 사용하여 다시 수지를 씻어주면 수지내에 흡착되어 있는 이온과 용매가 유출된다.

음이온 교환수지를 이용한 Ni2+와 Zn2+의 분리는 다음과 같다. Ni2+와 Zn2+이 함유된 혼합용액을 강한 HCl로 처리하면 Ni2=는 ZnCl3-나 ZnCl42-와 같은 착물을 형성하나 Ni2+는 착물을 형성하지 않는다.

Zn2+ + 3HCl → ZnCl3-+3H+

이와 같이 Zn2+과 음이온 착물로 변하는 성질을 이용하여 음이온교환수지를 사용하면 Ni2+로부터 분리가 가능하게 된다. 즉 상기와 같은 산성 혼합용액을 음이온 쇼환수지탑에 통과시키면 음이온성을 나타내는 Zn-착물은 수지에 흡착되나 Ni2+는 수지탑을 그대로 통과된다. 이와 같이 음이온 교환수지에 흡착되어 있는 Zn-착물은 니켈이온을 분리한 다음 수지관내에 증류수를 계속 흘려보내면 착물이 파괴되어 Zn2+로 다시 유출된다.

ZnCl3-+H2O → Zn2+ + 3Cl-

한편 상기와 같은 강한 산성용액에서 Ni2+이온을 분리하기 위하여 양이온 교환수지를 사용하면 H+가 Ni+와 수지내에서 활성점에서 경쟁적으로 반응하기 때문에 완전한 이온교환이 일어나지 않으므로 Ni2+의 완전분리가 불가능하다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온 자화연수기를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 전환밸브와 배출밸브만의 조작으로 연수탱크내를 세정할 수 있다. 즉 여성 사용자라도 별도의 수고가 필요하지 않으므로 사용의 편리함을 증대시킬 수 있다. 또한 연수탱크의 세정시 발생될 수 있는 연수의 공급통로가 연수탱크내의 불순물로부터 차단되므로 세정 후 발생될 수 있는 2차 오염을 최대한 방지할 수 있다.

Claims (6)

1. 하측 개구와 상측 개구를 갖고, 이온교환수지가 내부에 길이방향으로 설치되는 연수탱크와;

   상기 연수탱크의 하측 개구를 통하여 상기 이온교환수지의 중심부로 삽입되는 중공의 직수관과;

   상기 직수관을 지지하면서 상기 연수탱크의 하측에 결합되고, 외부로부터 상기 연수탱크로 원수가 공급되도록 하는 하측 커버어셈블리와;

   상기 하측 커버어셈블리를 통하여 공급되는 원수를 상기 직수관으로 공급되도록 하거나 상기 이온교환수지로 공급되도록 조절하기 위한 유로 조절어셈블리 및;

   상기 연수탱크의 상측에 결합되고, 상기 연수탱크내의 물이 상기 연수탱크의 상부영역에서 외부로 배출되도록 하는 유로를 제공하기 위한 상측 커버어셈블리를 포함하는 이온 자화연수기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유로 조절어셈블리는 상기 직수관의 하측에 설치되고, 상기 직수관이 상기 연수탱크내로 삽입되었을 때 상기 하측 개구를 밀폐시키며, 상기 직수관의 중공으로 통하는 제 1 유로와 상기 이온교환수지로 통하는 제 2 유로가 형성된 플랜지 및;

   상기 하측 커버어셈블리에 결합되어 상기 제 1 유로 또는 제 2 유로 중 어느 하나는 막고 다른 하나는 열리도록 하므로써 원수의 흐름을 조절하는 조절유니트를 포함하는 이온 자화연수기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 직수관의 상단과 상기 제 2 유로의 상단에 각각 설치되는 걸름망을 더 포함하는 이온 자화연수기.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 조절유니트는 상기 플랜지의 면을 따라 이동하여 상기 제 1 유로 또는 제 2 유로를 막는 볼과;

   상기 볼이 탄성적으로 상기 플랜지의 면에 밀착되도록 하는 스프링 및;

   상기 하측 커버어셈블리에 설치되어 상기 스프링을 지지하면서 상기 볼을 이동시키기 위한 스위치를 포함하는 이온 자화연수기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 상측 커버어셈블리는 콕크를 포함하는 이온 자화연수기.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 이온교환수지는 강산성 양이온 교환수지인 것을 포함하는 이온 자화연수기.