KR100521628B1 - 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 침전필터, 전처리카본필터, 후처리카본필터 등의 다수의 필터를 포함하여 원수에 함유된 중금속이나 불순물을 제거하는 정수기에 있어서, 상기 전처리카본필터와 상기 후처리카본필터 사이에 전기탈이온 시스템을 구비하고, 상기 전기탈이온 시스템은 몸체와, 상기 몸체 내부에 설치되는 한쌍의 전극과, 상기 전극 사이에 상기 전극으로부터 이격되어 배치되는 한쌍의 이온 교환막과, 상기 이온 교환막 사이에 충진되는 이온교환수지로 이루어져, 원수에 함유된 이온이 상기 이온교환수지에 흡착되고 이후 상기 전극에서 발생된 전류에 의해 상기 이온이 상기 이온 교환막을 투과한다. 따라서, 기존의 멤브레인필터를 대체하면서 정수 유량이 현저히 증가됨과 동시에 생활폐수 발생량이 최소화되어 환경친화적이며, 항상 일정수준의 정수처리가 가능하게 된다.

Description

전기탈이온 시스템을 구비한 정수기{Water purifier having electrodeionization system}

본 발명은 정수기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 멤브레인필터 대신에 전기탈이온 시스템을 사용함으로써 전기적으로 이온을 제거하는 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기에 관한 것이다.

일반적으로 산업사회의 발전에 따라 수질오염과 토양오염 등 자연환경 오염이 더욱 가중되고 있기 때문에 원수를 취수 정화시켜 보급하고 있으며, 최근에는 각 가정에서 수돗물에 대해 정수하여 깨끗한 물을 식수로서 활용하기 위해 정수기가 널리 보급되고 있는 추세이다.

이러한 정수기의 형태는 수돗물에 잔류하는 이물질 내지는 각종 오염균을 정수 살균처리하여 정화하는 형태의 것으로, 역삼투압 정수기가 채택됨과 동시에 UV살균램프에 의한 살균과정을 거쳐 정수를 취하는 형태가 널리 이용되고 있으며, 이러한 정수기 내부에는 공급된 원수에 함유된 오염물질, 중금속, 박테리아 등을 제거하기 위한 멤브레인필터가 구비된다.

도 1은 종래 역삼투압 정수기를 도시한 개략적인 구성도로서, 도시된 바와 같이, 이러한 역삼투압 정수기는 원수를 공급받아 정수로서 여과처리토록 하고 침전필터(11), 전처리카본필터(12), 멤브레인필터(13), 후처리카본필터(14)로 이루어진다.

따라서, 침전필터(11)에서는 유입되는 원수에 잔류하면서 입자가 큰 각종 오염물질(부유물)을 제거하게 되고, 이후 전처리카본필터(12)를 통과하면서 원수중에 잔류하는 염소성분, 유기화학물질이 제거되어 진다.

한편, 멤브레인필터(13)를 거치면서 원수에 존재하는 박테리아, 바이러스, 용존 고형물 및 파울링(fouling) 물질, 중금속, 이온성 물질 등이 필터링(filtering)되며 이와 같이 필터링된 물은 후처리카본필터(14)로 안내되면서 미량의 불순물이 제거되고 물맛이 조절되어 맑은 상태의 정수로 변환되어 깨끗한 물을 얻게 되는 것이다.

그리고, 상기 전처리카본필터(12)와 상기 멤브레인필터(13) 사이에는 공급된 원수를 가압하여 중금속 및 발암물질을 분리하는 것을 도와주는 가압펌프(15)가 설치되고, 하측에 농축수를 배출하기 위해 별도의 배수관(13a)이 구비된다. 여기서, 미설명한 도면부호 '16'은 저장탱크이다.

그런데, 종래 역삼투압 정수기는 멤브레인필터를 사용하지 않은 정수기에 비해 정수 수준이 매우 높다고 할 수 있으나, 일정한 수준의 정수를 얻기 위해서는 적정한 원수 압력이 필요하고, 정수 유량이 상당히 낮은 관계로 저장탱크를 사용하여 저장된 물을 정수로 이용하며, 이에 따른 공기중 세균에 의한 저장수의 2차 오염 등의 문제점이 있었다.

이에 따라, 원수압이 낮은 곳에서는 펌프를 사용해야 하며, 잔류염소 및 경도 유발 물질이 많을 경우에는 멤브레인필터의 조기 성능 저하를 일으키게 되며, 특히 정수기를 많이 필요로 하는 지역인 지하수 공급지역 또는 수압이 낮은 지역일 경우에는 상기 멤브레인필터를 구비한 역삼투압 정수기 사용상 많은 제약을 받게 된다.

또한, 역삼투압 정수기의 특성상 일정량의 농축수를 배출해야 하는 구조적인 이유로 정수량의 1~3배 정도를 폐수 또는 배출수로 배출해야 하는 또 다른 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 감안하여 안출된 것으로, 기존의 멤브레인필터를 대체하면서 정수 유량이 현저히 증가됨과 동시에 생활폐수 발생량이 최소화되어 환경친화적인 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전기적으로 이온을 제거하기 때문에 종래 멤브레인필터에 중금속이나 불순물 등이 누적되는 문제점이 발생하지 않기 때문에 항상 일정한 수질을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 가압펌프나 저장탱크 등이 불필요하기 때문에 훨씬 컴팩트(compact)한 설계가 가능한 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기는 침전필터, 전처리카본필터, 후처리카본필터 등의 다수의 필터를 포함하여 원수에 함유된 중금속이나 불순물을 제거하며, 재생후 발생된 농축수를 외부로 배출하도록 배수관이 구비된 정수기에 있어서, 상기 전처리카본필터와 상기 후처리카본필터 사이에 전기탈이온 시스템을 구비하고, 상기 전기탈이온 시스템은 몸체와, 상기 몸체 내부에 설치되는 한쌍의 전극과, 상기 전극 사이에 상기 전극으로부터 이격되어 배치되는 한쌍의 이온 교환막과, 상기 이온 교환막 사이에 충진되는 이온교환수지로 이루어져, 원수에 함유된 이온이 상기 이온교환수지에 흡착되고 이후 상기 전극에서 발생된 전류에 의해 상기 이온이 상기 이온 교환막을 투과함으로써 이온교환수지가 재생되는 것을 특징으로 한다.

상기 배수관에는 농축수의 농도를 감지하는 센서가 장착된 것을 특징으로 한다.

상기 배수관에는 농축수를 외부로 자동으로 배출하는 자동 밸브가 부착된 것을 특징으로 한다.

상기 이온교환수지는 양이온교환수지와 음이온교환수지가 일정비율로 혼합된 것을 특징으로 한다.

상기 양이온교환수지와 음이온교환수지의 혼합비율은 양이온교환수지/음이온교환수지의 비가 0.5-1.5인 것을 특징으로 한다.

상기 양이온교환수지는 이온교환체가 양이온교환섬유 및 음이온교환섬유인 것을 특징으로 한다.

상기 전극은 티타늄 베이스에 백금이 도금된 것이나 SUS 재질인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 본 발명에 따른 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전기탈이온 시스템의 내부 구성요소들의 작동상태를 개략적으로 도시한 단면도이다. 여기서, 침전필터, 전처리카본필터, 후처리카본필터 등의 구성요소는 종래 구성요소와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 종래 정수기의 멤브레인필터(13, 도 1참조) 대신 전기탈이온 시스템(100)을 구비하여 원수에 함유된 이온을 전기적으로 제거하는 정수기이다.

상기 전기탈이온 시스템(100)은 몸체(110)를 구비하고, 상기 몸체(110) 내측 양쪽에 (+), (-) 전극(120)이 배치되고, 상기 전극(120)의 안쪽 방향으로 일정간격 이격된 상태로 이온 교환막(130)이 설치되고, 상기 이온 교환막(130) 사이에는 상기 이온교환수지(140)가 충진되어, 이온교환수지(140)로 원수가 유입되고 원수로부터 이온 교환막(130)과 전극(120) 사이의 공간으로 탈이온된 이온들이 농축된 후 밖으로 배출된다. 이때, 사용되는 전극(120)은 티타늄 베이스에 백금이 도금된 것이나 SUS 재질이 주로 사용된다.

좀더 상세히 설명하면, 상기 몸체(110)의 내부는 크게 3구간으로 구획된다. 즉, 대략 직사각형 형상인 상기 몸체(110)의 양측 내벽에 한쌍의 (+), (-) 전극(121, 122)이 상호 대향되게 설치되고, 상기 전극(120) 사이에 상기 전극(120)으로부터 이격된 상태로 한쌍의 이온 교환막(130)이 배열되고, 상기 전극(120)과 이온 교환막(130) 사이에는 각각 중금속 등이 함유된 농축수가 통과하는 두개의 농축실(125)이 형성된다.

그리고, 상기 이온 교환막(130) 사이에는 양이온 교환수지와 음이온 교환수지가 적절히 혼합된 이온교환수지(140)가 혼합 충진되고, 상기 이온 교환막(130) 사이에는 공급된 원수에 함유된 이온들이 희석되는 희석실(135)이 형성된다. 이때, 이온교환수지(140)는 양이온교환수지와 음이온교환수지가 일정 비율로 혼합되며, 대략 양이온교환수지/음이온교환수지의 비율이 0.5-1.5일 때, 이온교환수지(140)의 재생 효율이 가장 좋은 것으로 실험되었다. 또한, 본 발명의 기술분야에 속한 당업자라면 이온교환수지(140) 대신에 이온교환섬유를 이용하여 상술한 바와 동일한 방법으로 재생과정을 수행할 수 있을 것이다.

바람직하게는, 상기 전기탈이온 시스템(100)은 하단부에 농축실(125)과 소통되는 배수관(145)이 구비되고, 상기 배수관(145)에는 농축수의 농도를 감지하는 센서(151)와 농축수를 외부로 배출시키는 자동 밸브(152)가 더 구비된다. 즉, 전기탈이온 시스템(100)의 하단에 상기 농축실(125)과 소통되도록 배수관(145)이 구비되는데, 이 배수관(145)의 중간에 센서(151)와 자동 밸브(152)가 설치되어 농축실(125) 내의 농축수의 농도가 일정농도 이상인 경우 농축수는 상기 자동 밸브(152)에 의해 상기 배수관(145)을 통해 외부로 배출된다. 여기서, 수동 밸브에 의해 농축수를 외부로 배출시킬 수 있음은 물론이다.

이러한 구성의 본 발명에 따른 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기의 작동은 다음과 같다.

원수는 침전필터(11), 전처리카본필터(12)를 통과하면서 각종 불순물이 제거되고, 이후 전기탈이온 시스템(100) 내부의 이온 교환막(130) 사이의 희석실(135)로 공급된다.

다시 말해, 전기탈이온 시스템(100)으로 공급된 원수에 함유된 이온들은 희석실(135)로 유입되어 이온교환수지(140)에 일단 붙잡히게 되고, 이후 전류를 가하게 되면 몸체(110) 내부의 양끝에 있는 (+), (-) 전극(121, 122)으로부터 발생된 전류에 의해, 도 3의 화살표로 표시된 바와 같이 이온들이 이동하게 된다.

즉, 양이온들은 양이온 교환막(131)을 투과하여 농축실(125)로 이동하고 음이온들은 음이온 교환막(132)을 투과하여 다른 농축실(125)로 이동한다. 이때, 양이온 교환막(131)은 희석실(135)로부터의 양이온을 투과시키지만 농축실(125)로부터의 음이온을 투과시키지 않고, 음이온 교환막(132)도 희석실(135)로부터의 음이온은 통과시키지만 농축실(125)로부터의 양이온을 투과시키지 않는다.

이후, 센서(151)가 농축실(125)의 농축수의 농도를 감지하고, 일정 농도 이상인 경우 자동 밸브(152)에 의해 농축수를 외부로 배출시킨다.

결과적으로, 농축실(125)에 농축된 이온들은 외부로 배출되어 제거되고, 희석실(135)에서 이온이 제거된 순수한 정수는 후처리카본필터를 통과한 후 사용자에게 공급된다.

따라서, 공급된 원수는 전기탈이온 시스템(100)으로 유입되어 전기적으로 탈이온과 동시에 재생이 이루어지고, 탈이온 과정에 의해 발생된 이온들은 전극(120)과 이온 교환막(130) 사이에 있는 농축실(125)에 농축되며, 농축수의 농도가 일정 농도 이상이 되면 센서(151)에 의해 감지되어 자동 밸브(152)에 의해 자동으로 외부로 배출된다.

상기된 바와 같은 본 발명에 따른 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기는 멤브레인필터를 대체하면서 정수유량이 현저히 증가되고, 전기탈이온 시스템을 이용하여 전기적으로 이온을 제거하기 때문에 이온교환수지 재생을 위한 화학약품이 사용되지 않아 특별히 배출되는 오염물이 없으며, 이온교환 재생시 농축수량을 조절하거나 재생주기를 조절함으로써, 생활폐수 발생량이 최소화되므로 환경보호에 효과적이다.

또한, 본 발명은 멤브레인필터를 사용하지 않아 종래 불순물에 의한 멤브레인필터의 막힘현상이 없기 때문에 전체적으로 원수 조건에 따른 정수 수준의 가변성이 매우 낮아지므로 어느 지역에서든 일정수준의 정수처리가 가능하며, 멤브레인필터가 없기 때문에 가압펌프도 불필요하므로 정수기의 컴팩트한 설계가 가능하게 된다.

또한, 음이온, 양이온 혼합수지의 혼합 비율을 조절함으로써 정수의 pH를 어느정도 조절하는 것이 가능하기 때문에 종래 역삼투압 정수기에서와 같은 정수의 pH 저하없는 중성 또는 약알칼리성 정수를 제조하는 것도 가능하다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 역삼투압 정수기를 개략적으로 도시한 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기를 개략적으로 도시한 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 전기탈이온 시스템의 내부 구성요소들의 작동상태를 개략적으로 도시한 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100: 전기탈이온 시스템 110: 몸체

120: 전극 125: 농축실

130: 이온 교환막 135: 희석실

140: 이온교환수지 145: 배수관

151: 센서 152: 자동 밸브

Claims (7)

1. 침전필터, 전처리카본필터, 후처리카본필터 등의 다수의 필터를 포함하여 원수에 함유된 중금속이나 불순물을 제거하며, 재생후 발생된 농축수를 외부로 배출하도록 배수관이 구비된 정수기에 있어서,

   상기 전처리카본필터와 상기 후처리카본필터 사이에 전기탈이온 시스템을 구비하고, 상기 전기탈이온 시스템은 몸체와, 상기 몸체 내부에 설치되는 한쌍의 전극과, 상기 전극 사이에 상기 전극으로부터 이격되어 배치되는 한쌍의 이온 교환막과, 상기 이온 교환막 사이에 충진되는 이온교환수지로 이루어지며, 상기 배수관에는 농축수의 농도를 감지하는 센서 및 농축수를 외부로 자동으로 배출하는 자동 밸브가 부착되어, 원수에 함유된 이온이 상기 이온교환수지에 흡착되고 이후 상기 전극에서 발생된 전류에 의해 상기 이온이 상기 이온 교환막을 투과함으로써 이온교환수지가 재생되는 것을 특징으로 하는 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 이온교환수지는 양이온교환수지와 음이온교환수지가 일정비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 양이온교환수지와 음이온교환수지의 혼합비율은 양이온교환수지/음이온교환수지의 비가 0.5-1.5인 것을 특징으로 하는 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 이온교환수지는 이온교환체가 섬유형태의 양이온교환섬유 및 음이온교환섬유인 것을 특징으로 하는 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 전극은 티타늄 베이스에 백금이 도금된 것이나 SUS 재질인 것을 특징으로 하는 전기탈이온 시스템을 구비한 정수기.