KR100801916B1

KR100801916B1 - 전극식 연수기

Info

Publication number: KR100801916B1
Application number: KR1020070110935A
Authority: KR
Inventors: 박영환
Original assignee: 주식회사 덕영엔지니어링
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2008-02-12

Abstract

본 발명은 연수 성능을 높이고, 전극과 이온포집부, 이온교환막을 이용하여 원수를 연수로 교환하며, 이온포집부의 재생도 전극의 역전을 통하여 간단히 행할 수 있는 전극식 연수기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전극식 연수기는, 입수구와 출수구를 가지는 케이스; 상기 케이스 내에 적층된 복수의 원수 처리 필터를 포함하고, 상기 복수의 원수 처리 필터 중 어느 하나의 원수 처리 필터는, 유입되는 원수가 통과할 수 있는 공간을 마련하는 스페이서(spacer); 상기 스페이서를 중심으로 양측에 배치되고, 상반된 극성을 갖는 제1 및 제2 전극판; 상기 스페이서와 상기 제1 전극판 사이에 위치하여 상기 유입되는 원수 중 음이온만 통과시키는 음이온교환막; 상기 스페이서와 상기 제2 전극판 사이에 위치하여 상기 유입되는 원수 중 양이온만 통과시키는 양이온교환막; 및 상기 제1 전극판과 상기 음이온교환막 그리고 상기 제2 전극판과 상기 양이온교환막 사이에 위치하여 상기 음이온교환막 혹은 양이온교환막을 통과한 음이온 또는 양이온을 포집하기 위한 이온포집부를 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 전극판에 인가되는 전극의 변환으로 연수동작과 재생동작이 수행된다.

총 용존 고형물질, 연수기, 경수, 전극

Description

전극식 연수기{ELECTRODE WATER SOFTNER}

본 발명은 전극식 연수기에 관한 것으로, 구체적으로는 연수 성능을 높이고, 이온포집부의 재생을 간단히 행할 수 있는 전극식 연수기에 관한 것이다.

일반적으로, 물속에 경도 유발 물질(총 용존 고형 물질)이 많이 녹아 있는 경우 센물 또는 경수라고 부른다. 경도 유발 물질은 대표적으로 칼슘 이온(Ca² ⁺)과 마그네슘 이온(Mg²⁺)등이 있으며, 지하수 등에 많이 들어 있다.

연수기는 이와 같은 물속에 함유된 각종 이온성분, 즉 경도 유발 물질들을 양이온 교환 수지에서 흡착 제거함으로써 경수를 연수로 만들어 주는 장치를 말한다.

통상적인 연수기는 개략적으로 입수로와 출수로가 구비된 하우징, 하우징 내부의 이온교환수지로 구성된다. 이러한 연수기의 동작은 입수로로부터 경수등의 수처리되기 전의 물(이하, '원수'라 부르기로 한다.)이 유입되어 이온교환수지를 통과하면서, 경도 유발 물질이 이온교환수지에서 제거됨으로 인하여 연수로 전환된다.

하지만 장시간 사용한 이온교환수지는 반응기가 경도 유발 물질로 모두 치환되어 기능을 상실하므로 일정량 사용한 후에는 이온교환수지를 재생시켜 주어야 한다.

도1은 종래 기술에 따른 연수기의 구성도로서, 하우징(10), 이온교환부(20), 한 쌍의 전극판(30,31), 밸브(40,41) 및 펌프(60) 등으로 이루어진다.

하우징(10)은 원수배관(50)과 연결된 입수구(61) 및 출수배관(51)과 연결된 출수구(62)를 각각 구비하며, 내부가 중공으로 이루어진다. 이온교환부(20)는 하우징(10)의 입수구(61)를 통해 유입된 물로 연수를 생성하여 출수구(62)로 배출하도록 소정의 이온교환수지(23)가 충진된 한 쌍의 이온교환막(21,22)이 하우징(10)의 길이방향으로 구비된다. 이온교환부(20)는 미세한 소공이 형성된 제 1이온교환막(21)과 제 2이온교환막(22)을 가지며, 제 1이온교환막(21)과 제 2이온교환막(22) 사이에는 이온교환수지(23)가 충진된다.

전극판(30,31)은 양전극판(30)과 음전극판(31)으로 이루어진다. 양전극판(30)과 이온교환부(20)의 제 1이온교환막(21) 사이에는 제 1농축수통로(24)가 형성되고, 음전극판(31)과 이온교환부(20)의 제 2이온교환막(22) 사이에는 제 2농축수통로(25)가 형성된다. 제 1농축수소통로(24)는 제 1농축수배관(53)과 연결되고, 제 2농축수소통로(25)는 제 2농축수배관(54)과 연결된다. 여기서 전극판들(30,31)에 전원(32)이 인가되면, 음전극판(31)은 이온교환부(20) 내의 이온교환수지(23)로부터 양이온성 불순물을 끌어당기며, 양전극판(30)은 이온교환부(20) 내의 이온교환수지(23)로부터 음이온성 불순물을 끌어당긴다.

즉, 이온교환수지(23)의 표면에 쌓인 금속이온 등과 같은 불순물이 함유된 농축수에서 산성성분은 제 1이온교환막(21)을 통과하여 제 1농축수통로(24)로 포집되고, 불순물이 함유된 농축수에서 알카리성분은 제 2이온교환막(22)을 통과하여 제 2농축수통로(25)로 포집된다.

이렇게 제 1농축수통로(24)와 제 2농축수통로(25)에 포집된 농축수들은 제 1농축수배관(53)과 제 2농축수배관(54)을 통해 외부로 배출된다.

한편, 밸브(40,41)는 원수배관(50)에 구비된 원수밸브(40)와 출수배관(51)에 구비된 출수밸브(41)로 이루어진다. 원수밸브(40)는 원수배관(50)을 통해 입수구(61)로 유입되는 원수를 소통시키거나 차단하며, 출수밸브(41)는 출수배관(51)을 통해 출수구(62)로 유출되는 연수를 소통 또는 차단하는 것이다. 원수밸브(40)와 출수밸브(41)의 차단동작은 본 발명의 재생 동작시 이루어지는데, 즉 전극판(30,31)에 전원이 인가되어 이온교환수지(23)의 불순물을 제거할 경우에 이루어진다.

반면, 원수밸브(40)와 출수밸브(41)의 개방동작은 이온교환부(20)를 통해 연수를 생성할 경우에 이루어진다.

아울러, 펌프(60)는 원수배관(50) 및 출수배관(51)과 연결되어 상기 하우징(10)의 외부에 구비된다. 펌프(60)는 원수밸브(40)와 출수밸브(41)에 의해 원수의 유입과 연수의 유출을 차단했을 경우, 이온교환부(20) 내의 물을 일정시간 계속해서 순환시키는 역할을 한다.

실시예로 펌프(60)는 일측이 원수밸브(40)와 하우징(10)의 입수구(61) 사이 의 원수배관(50)에 연결배관(52)으로 연결되고 타측이 출수밸브(41)와 하우징(10)의 출수구(62) 사이의 출수배관(51)에 연결배관(52)으로 연결된다.

종래기술에 따른 연수기는 연수를 생성하는 동작으로서, 원수가 개방된 원수밸브(40)를 거쳐 원수배관(50)을 따라 하우징(10) 내의 이온교환부(20)에 유입된다. 이렇게 유입된 원수는 이온교환부(20) 내의 이온교환수지(23)에 의해 칼슘 이온이나 마그네슘 이온과 같은 경도성분이 제거되고 연수로 생성된다. 이온교환부(20)에서 생성된 연수는 다시 출수배관(51)을 따라 출수밸브(41)를 거쳐 사용자들에게 직접 제공된다.

또한, 종래기술에 따른 연수기의 재생 동작으로서, 원수의 공급이 차단되도록 원수밸브(40)가 폐쇄됨과 아울러, 이온교환부(20)에서 생성된 연수가 유출되지 않도록 출수밸브(41)도 차단된다. 이렇게 밸브들(40,41)에 의해 원수배관(50)과 출수배관(51)이 각각 차단되면, 양전극판(30)과 음전극판(31)에 전원(32)이 인가되고, 펌프(60)에 의해 이온교환부(20)에 머무는 물들을 계속적으로 순환시킨다.

양전극판(30)과 음전극판(31)에 전원이 인가되면 이온교환부(20)로부터 농축수가 제 1농축수소통로(24) 및 제 2농축수소통로(25)로 배출되고, 제 1농축수소통로(24) 및 제 2농축수소통로(25)로 배출된 농축수는 제 1농축수배관(53)과 제 2농축수배관(54)을 통해 외부로 배출된다.

이러한 과정을 거치면서 소정시간이 경과하면, 펌프(60)의 작동을 정지시키고, 양전극판(30)과 음전극판(31)에 인가된 전원을 차단시키며, 원수밸브(40)와 출수밸브(41)가 개방되면서 다시 연수동작을 행하게 된다.

하지만, 종래 기술에 따른 연수기는 일정시간이 지나 이온교환수지 능력이 떨어졌을 때 전체 이온수지를 교환하여야 하는 불편함이 있다. 또한, 종래 기술에 따른 연수기는 이온교환수지(23)가 내부에 일정용량 충전되어야 하기 때문에 많은 내부 공간을 필요로 하고, 재생동작을 위하여 반드시 펌프가 구비되어야 하므로 연수기의 크기를 소형화하는 데에 한계가 있으며, 따라서 소형 경량의 연수기를 구현하기에 부적합하다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 연수 성능이 우수하면서도 소형의 전극식 연수기를 제공하는 데에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 불순물을 필터링하기 위한 필터를 반영구적으로 사용할 수 있는 전극식 연수기를 제공하는 데에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 재생물질을 사용하지 않으면서, 전극의 역전으로 간단하게 재생할 수 있는 전극식 연수기를 제공함에 또 다른 목적이 있다.

본 발명에 따른 전극식 연수기는, 입수구와 출수구를 가지는 케이스; 상기 케이스 내에 적층된 복수의 원수 처리 필터를 포함하고, 상기 복수의 원수 처리 필터 중 어느 하나의 원수 처리 필터는, 유입되는 원수가 통과할 수 있는 공간을 마련하는 스페이서; 상기 스페이서를 중심으로 양측에 배치되고, 상반된 극성을 갖는 제1 및 제2 전극판; 상기 스페이서와 상기 제1 전극판 사이에 위치하여 상기 유입되는 원수 중 음이온만 통과시키는 음이온교환막; 상기 스페이서와 상기 제2 전극판 사이에 위치하여 상기 유입되는 원수 중 양이온만 통과시키는 양이온교환막; 및 상기 제1 전극판과 상기 음이온교환막 그리고 상기 제2 전극판과 상기 양이온교환막 사이에 위치하여 상기 음이온교환막 혹은 양이온교환막을 통과한 음이온 또는 양이온을 포집하기 위한 이온포집부를 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 전극판에 인가되는 전극의 변환으로 연수동작과 재생동작이 수행된다.

본 발명의 전극식 연수기에 따르면, 연수과정에서의 이온 포집과 재생과정에서의 이온 배출이 전기력에 의해 이루어지므로 연수성능과 재생성능이 우수하다.

또한, 이온교환부와 원수의 접촉면적이 매우 넓으므로 이온교환, 즉 연수성능과 재생성능이 매우 뛰어나다.

또한, 원수 처리 필터를 적층하여 연수 필터를 구성하므로, 필터의 부분적인 교체가 가능하다.

또한, 원수 처리 필터를 적층하여 연수 필터를 구성하므로, 요구 성능에 따른 크기의 필터를 제작하기가 용이하다.

또한, 재생동작을 위한 추가적인 물리적 구성요소를 필요로 하지 않으므로 소형 경량의 제품을 구현하기가 용이하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극식 연수기의 구성도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 전극식 연수기는, 입수구(115)와 출수구를 가지는 케이스(111), 케이스(111) 내에는 복수의 원수 처리 필터가 적층되어 구비될 수 있고, 하나의 원수 처리 필터는 유입되는 원수가 통과할 수 있는 공간을 마련하는 스페이서(216), 스페이서(216)를 중심으로 양측에 배치되고, 상반된 극성을 갖는 제1 전극판(213) 및 제2 전극판(214), 스페이서(216)와 제1 전극판(213) 사이에 위치하여 유입되는 원수 중 음이온만 통과시키는 음이온교환막(211), 스페이서(216)와 제2 전극판(214) 사이에 위치하여 유입되는 원수 중 양이온만 통과시키는 양이온교환막(212), 제1 전극판(213)과 음이온교환막(211) 그리고 제2 전극판(214)과 양이온교환막(212) 사이에 위치하여 음이온교환막(211) 혹은 양이온교환막(212)을 통과한 음이온 또는 양이온을 포집하기 위한 이온포집부(215, 217)를 포함할 수 있다.

한편, 입수구(115)에는 원수를 유입하기 위한 입수관(114)이 연결되고, 출수구(116)에는 연수동작 중 연수를 배출하는 출수관(119)과, 재생동작 중 재생수를 배출하는 재생관(118)이 연결될 수 있으며, 입수관(114)에는 입수밸브(113), 출수관(119)에는 출수밸브(120), 그리고 재생관(118)에는 재생밸브(117)가 구비될 수 있다.

또한, 제1 전극판(213) 및 제2 전극판(214)은 케이스 외부의 전원 공급 장치 로부터 전원을 공급받아서 어느 하나는 (+)전극, 다른 하나는 (-)전극을 형성하고, 연수동작에서 재생동작으로 전환시에는 극성이 역전된다. 한편 도시되지는 않았지만 전원 공급 장치로부터 공급되는 전원의 극성전환은 이미 널리 주지된 관용기술에 불과하므로 생략하기로 한다.

케이스(111)내의 연수 필터는 얇은 판형의 원수 처리 필터를 복수개 적층하여 구성한 것으로서, 이하 본 발명의 일실시예에 따른 원수 처리 필터의 구조를 설명한다.

원수 처리 필터는 물이 흐르는 방향으로 가늘고 길게, 소정의 두께를 가지고 위치하는 제1 전극판(213), 제1 전극판(213)의 폭방향으로 음이온포집부(215), 음이온교환막(211), 스페이서(216), 양이온교환막(212), 양이온포집부(217), 및 제2 전극판(214)의 순으로 적층된다. 그리고, 이러한 원수 처리 필터에 이웃하는 원수 처리 필터는 이들 구성의 역순으로 적층되는 바, 이는 당업자의 수준에서 상식으로 이해될 수 있어, 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 이러한 상기 원수 처리 필터를 두께 방향으로 적층하면 도3에서 도시한 바와 같은 전극식 연수기의 연수 필터를 이루게 되는 것이다. 따라서, 연수 처리 필터의 넓이, 두께, 적층필터의 수를 달리하여 연수 처리 성능, 연수 처리량, 연수기의 크기 등을 조절할 수 있다. 또한, 원수 처리 필터의 부분적인 교체가 가능하다.

본 실시예의 원수 처리 필터에서 음이온교환막(211)은 음이온만 통과시킬 뿐 양이온은 통과시키지 않고, 양이온교환막(212)은 양이온만 통과시킬 뿐 음이온은 통과시키지 않는다. 또한, 스페이서(216)는 음이온교환막(211)과 양이온교환 막(212)의 사이를 지지하면서 물이 흐를 공간을 만들어 준다. 한편, 음이온포집부(215)와 양이온포집부(217)는 동일한 재료로 구성된다. 일실시예에 따르면 이온포집부는 활성탄을 이용할 수 있다.

연수과정과 원리는 다음과 같다.

입수관을 통하여 입수구(115)로 유입되는 원수는 케이스(111) 내부를 통과하는데, 케이스(111) 내부의 스페이서(216)를 통과하면서 음이온교환막(211)과 양이온교환막(212)을 접하게 된다. 이때 제1 전극판(213)은 (+)극성을 띄고, 제2 전극판(214)은 (-)극성을 띄도록 전압이 인가된다. 따라서, 전기적 흡인력에 의하여 원수 중의 음이온, 예를 들어(Cl^-)이 음이온교환막(211)을 통과하여 음이온포집부(215)에 포집되고, 원수 중의 양이온, 예를 들어(Ca² ⁺, Mg² ⁺, Na⁺)이 양이온교환막(212)을 통과하여 양이온포집부(217)에 포집된다. 이 과정을 거치면서 원수에 함유되어 있는 각종 이온성분이 제거되어 연수로 바뀌고, 상기 연수는 출수구(116)를 통하여 배출된다. 이때 출수밸브(120)는 개방되어 있고, 재생밸브(117)는 폐쇄되어 있어서 배출되는 연수는 출수관(119)을 통해 배출된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 0.5T의 티타늄(Ti) 전극을 포함하고, 넓이 100*100mm, 두께 2mm의 연수 처리 필터 50장을 적층하여 연수 성능을 실험한 결과, 상수(수돗물)의 경우(TDS 64ppm →4ppm) 94%제거 효율, 소금물의 경우(390ppm → 14ppm) 96% 이상의 제거 효율을 나타내었다.

그런데, 본 발명의 일실시예에 따른 전극식 연수기는 사용 초기에는 연수효 율이 높다가, 이온포집부(215, 217)에 포집된 이온량이 증가하게 되면, 포집된 이온을 이온포집부(215, 217)로부터 제거해주는 재생과정이 필요하다.

재생과정과 원리는 다음과 같다.

입수관을 통하여 입수구(115)로 유입되는 원수나 연수, 기타 물은 케이스(111) 내부에서 스페이서(216)를 통과하면서 음이온교환막(211)과 양이온교환막(212)을 접하는데, 재생과정에서는 전원을 역으로 인가하여 제1 전극판(213)은 (-)극성을 띄고, 제2 전극판(214)은 (+)극성을 띄도록 한다. 따라서, 전기적 반발력에 의하여 음이온포집부(215)에 포집되어 있는 음이온(Cl^-)은 전기적 반발력에 의하여 음이온포집부(215)로부터 분리되고, 양이온포집부(217)에 포집되어 있는 양이온(Ca² ⁺, Mg² ⁺, Na⁺)은 양이온포집부(217)로부터 분리되어 물에 혼합된다. 이 때, 음이온교환막(211)은 음이온만 통과시키고, 양이온교환막(212)은 양이온만 통과시키므로, 이온포집부(215, 217)로부터 분리되어 배출되는 이온은 포집되지 않고 배출된다. 이온포집부(215, 217)로부터 분리된 음이온과 양이온이 물에 혼합되면 재생수가 되며, 출수구(116)로 배출된다. 이때 출수밸브(120)는 폐쇄시키고, 재생밸브(117)는 개방시켜 배출되는 재생수는 재생관(118)을 통해 배출된다.

한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 재생동작을 위한 극성의 전환은 출수구(116)에 설치된 TDS미터의 측정값이 소정의 기준치에 도달하면 수행되도록 한다. 예를 들어 출수구(116)로 배출되는 연수의 이온 농도가 70ppm을 초과하면 극성전환이 수행되도록 한다. 상기 연수과정과 재생과정의 이온교환은 전기적인 흡인 력과 반발력에 의하여 능동적으로 이루어지고, 1조의 원수 처리 필터는 2mm이하로 구성할 수 있어서, 크기가 매우 작으며, 케이스(111)내에 구성되는 집적도가 높아서, 원수와의 접촉면적이 매우 넓으므로 이온교환, 즉 연수성능과 재생성능이 매우 뛰어나다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

도1은 종래 기술에 따른 연수기의 구조를 도시한 구성도,

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 연수기의 구조를 도시한 구성도,

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *

111: 케이스 112: 전원선

113: 입수밸브 114: 입수관

115: 입수구 116: 출수구

117: 재생밸브 118: 재생관

119: 출수관 120: 출수밸브

211: 음이온교환막 212: 양이온교환막

213: 제1 전극판 214: 제2 전극판

215: 음이온포집부 216: 스페이서

217: 양이온포집부

Claims

입수구와 출수구를 가지는 케이스;

상기 케이스 내에 적층된 복수의 원수 처리 필터를 포함하고,

상기 복수의 원수 처리 필터 중 어느 하나의 원수 처리 필터는,

유입되는 원수가 통과할 수 있는 공간을 마련하는 스페이서;

상기 스페이서를 중심으로 양측에 배치되고, 상반된 극성을 갖는 제1 및 제2 전극판;

상기 스페이서와 상기 제1 전극판 사이에 위치하여 상기 유입되는 원수 중 음이온만 통과시키는 음이온교환막;

상기 스페이서와 상기 제2 전극판 사이에 위치하여 상기 유입되는 원수 중 양이온만 통과시키는 양이온교환막; 및

상기 제1 전극판과 상기 음이온교환막 그리고 상기 제2 전극판과 상기 양이온교환막 사이에 위치하여 상기 음이온교환막 혹은 양이온교환막을 통과한 음이온 또는 양이온을 포집하기 위한 이온포집부를 포함하며,

상기 제1 및 제2 전극판에 인가되는 전극의 변환으로 연수동작과 재생동작이 수행되는 전극식 연수기.
제1항에 있어서,

상기 입수구에 연결되어 원수를 유입하기 위한 입수관;

상기 연수동작 중 연수를 배출하기 위하여 상기 출수구에 연결되는 출수관; 및

상기 재생동작 중 재생수를 배출하기 위하여 상기 출수구에 연결되는 재생관

을 포함하는 전극식 연수기.
제2항에 있어서,

상기 이온포집부는 활성탄 재질로 된 것을 특징으로 하는 전극식 연수기.
제3항에 있어서,

상기 출수구에는 TDS미터가 설치되는 것을 특징으로 하는 전극식 연수기.