KR101326321B1 - 정수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전해살균기능을 가지고 있는 정수기에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은, 정수탱크로 유입되는 정수를 전해살균시키는 기능을 수행하는 전해셀에 인가되는 전압을 제어할 수 있는 기능을 가지는 정수기를 제공하는 것이다. 이를 위해 본 발명은, 하나 이상의 필터들로 구성된 필터부, 상기 필터부로부터 이송된 정수를 전해셀을 이용하여 전해살균하는 한편, 전해셀에 인가되는 전원의 크기를 감지하기 위한 전해셀 살균부, 상기 전해셀 살균부로부터 전해살균된 정수를 저장하기 위한 정수탱크, 상기 전해셀 살균부에 인가될 전원을 공급하기 위한 전원부, 상기 전해셀 살균부로부터 인가된 인가전원의 크기가 기 설정되어 있는 정상동작전원의 범위를 벗어난 경우에 상기 인가전원을 변화시켜 상기 전해셀 살균부로 인가하기 위한 전원 제어부 및 상기 전원 제어부의 전원제어 신호에 따라 상기 전원부로부터 전송된 전원의 크기를 변화시켜 상기 전해셀 살균부로 인가시키기 위한 컨버터를 포함한다.

정수기, 필터, 컨버터, 전해셀

Description

정수기{WATER PURIFIER}

본 발명은 정수탱크 내에 저장된 정수의 오염을 방지하도록 한 정수기에 관한 것으로서, 특히, 전해살균기능을 가지고 있는 정수기에 관한 것이다.

가정 또는 사무실 등에 설치되어 사용되는 정수기는 수도수 또는 자연수 등의 원수(原水)를 필터링해서 온정수나 냉정수로 제공하는 기본적인 기능을 갖는다.

정수기는 일반적으로 내부에 정수탱크가 마련된 저수식 정수기와, 정수탱크가 마련되지 않은 직수식 정수기로 구분되며, 원수에 혼입된 부유물을 포함하여 인체에 유해한 성분을 제거함과 더불어, 수인성 질환을 유발하는 세균을 살균하기 위해, 다수의 필터가 구비되어 있다.

즉, 일반적인 정수기는, 원수 중의 미세한 입자나 녹찌꺼기를 제거하는 침전필터, 잔류염소나 냄새유발 물질 및 휘발성 유기물질 등을 흡착하여 제거하는 프리 카본필터, 중금속을 포함한 대부분의 이온성물질과 미생물 등을 제거하기 위한 멤브레인 필터, 냄새 제거와 물맛 향상을 위한 포스트 카본필터 등의 필터들을 포함 하고 있다.

직수식 정수기는 상기한 바와 같은 필터들을 거친 정수를 배수코크를 통해 바로 사용자에게 공급하고 있으며, 저수식 정수기는 상기한 바와 같은 필터들을 거친 정수를 보통 5 내지 30ℓ 가량의 정수탱크에 저장하여 두었다가 배수코크를 통해 사용자에게 공급하고 있다.

한편, 저수식 정수기에 구비된 정수탱크는 완벽한 밀봉이 어려우므로 대기와의 접촉을 통해 세균이나 미생물 등이 증식하여 정수의 2차 오염으로 연결될 수 있는 우려가 있다. 또한, 유입 원수의 성상에 따라서는 프리 카본필터, 포스트 카본필터나 멤브레인 필터 자체 내에 미생물의 증식을 유발할 수도 있어 증식된 미생물이 정수를 통해 유출될 가능성도 배제될 수 없다. 또한, 정수기가 장시간 사용되지 않을 경우에는 세균 및 미생물에 의한 정수의 오염 가능성이 더욱 높아질 수 있다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 방법으로는, 포스트 카본필터에 사용되는 활성탄에 항균특성이 알려진 은(Ag)을 코팅한 은첨활성탄필터를 사용하는 방법, 은 성분이 포함된 세라믹 항균볼을 정수탱크에 담지하는 방법, 또는 자외선(UV) 램프살균장치를 포스트 카본필터 후단에 설치하는 방법 등이 상용화되어 있다. 그러나, 은첨활성탄 필터를 포스트 카본필터에 적용하거나 세라믹 항균볼을 정수탱크에 담지하는 방법은 어느 정도의 살균 및 항균 효과는 보장하지만, 오염이 심한 장소에 설치되어 외부 불순물 유입이 용이하거나 항균볼의 수명이 다한 경우, 정수탱크 내부에 대해 청소를 게을리하거나 소홀히 하게 되면 미생물이나 세균 등 이 증식하여 저장된 정수에 2차 오염이 발생할 가능성이 더욱 높아진다는 문제점이 있다. 또한, 포스트 카본필터의 후단에 자외선 램프 살균장치(15)를 적용하는 방법은 포스트 카본필터로부터 유출된 정수에 대한 순간 살균 효과는 비교적 우수한 편이지만, 정수탱크 내 오염이 심각할 경우 정수의 2차 오염을 막을 수 없다는 문제점이 있다.

따라서, 최근에는 최종 필터에서 여과된 정수를 무격막식 전해셀에 통과시킴으로써 효과적인 살균 성능을 구현하고, 아울러 정수탱크 내에 산화성 혼합물질을 일정한 농도로 일정기간 잔류시킴으로써 외부 조건에 의한 정수의 2차 오염을 방지하는 전해살균기능을 가지는 정수기가 개발되고 있다.

그러나, 종래의 전해살균기능을 가지는 정수기는 전해셀에 인가되는 전압 및 전류를 제어할 수 있는 기능이 구비되어 있지 않다는 문제점이 있다.

즉, 전해셀은 그 특성상, 일정 전압 이상이 인가되면, 파괴될 위험이 있으며, 정전류로 구동되어야할 필요가 있다. 그러나, 전해셀이 구비되어 있는 종래의 전해살균기능을 가지는 정수기는, 전해셀의 전압을 제한하거나 전해셀에 정전류를 인가시키기 위한 별도의 기능을 포함하고 있지 않으며, 이로인해 전해셀의 오동작이 발생되며, 결국 정수기가 오동작된다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 정수탱크로 유입되 는 정수를 전해살균시키는 기능을 수행하는 전해셀에 인가되는 전압을 제어할 수 있는 기능을 가지는 정수기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하나 이상의 필터들로 구성된 필터부, 상기 필터부로부터 이송된 정수를 전해셀을 이용하여 전해살균하는 한편, 전해셀에 인가되는 전원의 크기를 감지하기 위한 전해셀 살균부, 상기 전해셀 살균부로부터 전해살균된 정수를 저장하기 위한 정수탱크, 상기 전해셀 살균부에 인가될 전원을 공급하기 위한 전원부, 상기 전해셀 살균부로부터 인가된 인가전원의 크기가 기 설정되어 있는 정상동작전원의 범위를 벗어난 경우에 상기 인가전원을 변화시켜 상기 전해셀 살균부로 인가하기 위한 전원 제어부 및 상기 전원 제어부의 전원제어 신호에 따라 상기 전원부로부터 전송된 전원의 크기를 변화시켜 상기 전해셀 살균부로 인가시키기 위한 컨버터를 포함한다.

본 발명은 정수탱크로 유입되는 정수를 전해살균시키는 전해셀에 인가되는 전원의 세기를 제어함으써, 전해셀이 안정적으로 동작되도록 한다는 우수한 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 적용되는 전해셀의 일실시예 분해 사시도이다. 또한, 도 2는 도 1에 도시된 전해셀의 결합 상태 단면도이다.

본 발명에 따른 정수기에 적용되는 전해셀은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 양전극(31)과 음전극(32)이 서로 대향하여 마주한 상태로 상호간에 일정 간격 이격된 상태로 제공되며, 이들 전극(31, 32)간에 이격된 간극(D)으로 인해 전해셀(25)의 내부에는 양방향으로 개방 및 관통 되어진 통과공(33)이 제공된다.

전해셀(25)에서 통과공(33)의 높이, 즉, 양전극(31)과 음전극(32) 간의 간극(D)은 이들 전극(31, 32)의 길이 방향을 따라 전체적으로 일정한 간격으로 제공된다. 즉, 통과공(33)의 높이는 바람직하게는 0.5mm 이하의 간극으로, 더욱 바람직하게는 0.2mm 이하의 간극으로 제공되며, 이러한 간극(D)을 유지함으로써 멤브레인 필터에서 역삼투 여과된 정수와 같이 이온 농도가 매우 낮은 상태(예를 들어, TDS 농도 기준으로 30mg/L 이하)의 물까지도 효과적으로 전기분해할 수 있게 된다.

한편, 상기 양전극(31)과 음전극(32)은 이들 사이의 통과공(33)을 따라 유동하는 물(A)에 효과적으로 전기를 전도할 수 있는 형상으로 제공됨이 바람직한데, 이러한 전극(31, 32)의 형상은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 평판형뿐만 아니라, 원판형이나 다공성 구조 등의 다양한 형태로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 적용되는 전해셀(25)은 양전극(31)과 음전극(32)을 고정하기 위한 전극홀더(34)를 구비한다. 이 전극홀더(34)는 비전도성 재질로 구성함이 바람직하며, 그 내측에는 도 1에 도시된 바와 같은 소정 크기의 공간부(35)를 형성 하여 이 공간부(35)에 상기 양전극(31)과 음전극(32)을 압입 내지는 부착시킨 형태로 제공된다. 또한, 상기 전극홀더(34)의 양 측면으로는 각각의 전극(31, 32)으로부터 연장된 접속단자(36a, 36b)가 관통하여 외부로 인출되는 형태를 갖는다.

상기 전극홀더(34)의 외표면에는 외장커버(37)가 결합되어서 상기 각 전극(31, 32)과 전극홀더(34)를 보호하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 전해셀(25)은 그 필요에 따라 양전극(31)과 음전극(32)을 각각 2개 이상씩 구비한 형태로 구성될 수도 있다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 전해셀에서, 정수를 살균하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

전해셀을 이용한 정수의 살균은, 전기분해 반응을 통해 양극에서 미생물을 직접 산화시키는 직접산화반응과, 양극에서 발생할 수 있는 여러가지 산화성 혼합물질(MO : Mixed Oxidant, "산화물질" 이라고도 함), 예를 들면 염소나 잔류염소, 오존, OH 라디칼, 산소 라디칼 등이 미생물을 산화시키게 되는 간접산화반응이 복합적으로 진행되어 이루어진다.

이와 같은 다양한 산화물질을 효과적으로 발생시키기 위해, 본 발명에 적용되는 전해셀은 전극 간격을 최소화함으로써 최소한의 셀 전압을 가하여 충분한 양의 산화성 혼합물질을 생성할 수 있게 된다.

한편, 본 발명과 같은 전해셀에 공급되는 셀전압의 경우 일반적인 멤브레인 필터를 적용한 정수기에서는 3 내지 24V 정도의 전압으로도 충분하므로 양전극에 대해 고가의 백금전극 대신 티타늄 전극이나 일반 사출물을 이용한 저가형 전극 사 용이 가능하다. 이 경우 3 ∼ 24V의 셀전압으로도 산화성 혼합물질을 0.20 ∼ 0.30 mg/L 정도 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 전해셀에 제공되는 전위는 직류 전원을 이용함이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 정수기의 일실시예 구성도이다. 또한, 도 4는 본 발명에 따른 정수기에서의 전압/전류 특성을 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 정수기는 도 3에 도시된 바와 같이, 원수 유입측으로부터 세디먼트 필터(120), 프리 카본필터(130), 멤브레인 필터(140), 그리고 포스트 카본필터(150)가 순차적으로 배열되어 이루어진 필터부, 상기 필터부로부터 이송된 정수를 전해셀을 이용하여 전해살균하는 한편, 전해셀에 인가되는 전원의 크기를 감지하기 위한 전해셀 살균부(200), 상기 전해셀 살균부로부터 전해살균된 정수를 저장하기 위한 정수탱크(170), 상기 전해셀 살균부에 인가될 전원을 공급하기 위한 전원부(300), 상기 전해셀 살균부로부터 전송된 전원의 크기가 기 설정되어 있는 전원의 범위를 벗어난 경우에 상기 전원부로부터 인가된 전원을 변화시켜 상기 전해셀 살균부로 인가하기 위한 전원 제어부(400) 및 상기 전원 제어부의 제어에 따라 상기 전원부로부터 전송된 전원의 크기를 변화시켜 상기 전해셀 살균부로 인가시키기 위한 컨버터(500)를 포함하여 구성되어 있다.

필터부를 구성하는 세디먼트 필터(120)는 부직포로 구성되며, 모래나 진흙과 같은 비교적 작은 입자의 이물질을 여과하는 기능을 수행한다. 프리 카본 필터(130)와 포스트 카본 필터(150)는 탄소를 주원료로 하는 활성탄과 같은 것으로서, 원수 중에 포함된 염소 성분 입자나 냄새를 제거하는 기능을 수행한다. 멤브레 인 필터(140)는 프리카본 필터(130)를 통과한 물에 남아있는 미세입자를 제거하는 기능을 수행한다. 이를 위해 가압펌프(미도시)에서 압력을 가하여 물을 공급하게 되며, 역삼투압 멤브레인 필터를 통과하지 못한 물은 폐수 조절기(160)를 통해 폐수로 배출된다. 포스트 카본 필터(150)는 멤브레인 필터(140)를 통과한 물 중에 포함된 색소 또는 냄새를 제거하는 기능을 수행한다. 한편, 본 발명에서 필터부는 상기한 바와 같은 필터들 중 둘 이상의 필터를 조합하여 변형한 것이나 또는 2가지 이상의 필터 기능을 복합적으로 수행하는 복합필터를 채용하여 구성될 수도 있다. 또한, 본 발명은 필터부의 일 구성인 포스트 카본필터(150)와 상기 정수탱크(170)의 사이에 전기분해에 의한 살균수단을 더 구비할 수 있다.

전해셀 살균부(200)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 바와 같은 구성 및 기능을 가지고 있는 전해셀(25)을 포함하고 있으며, 전해셀의 전극(31, 32)에는 전압 또는 전류의 세기를 감지할 수 있는 센서(210)가 접속되어 있다. 상기 센서로는 현재 이용되고 있는 다양한 형태의 전압/전류 센서들이 적용될 수 있다.

전원부(300)는 상기 전해셀의 전극에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.

컨버터(500)는 전원부로부터 인가된 전원을 상기 전해셀로 전송하는 기능을 수행하는 한편, 상기 전원 제어부로부터 전원제어 신호가 입력되면, 상기 전원제어 신호에 따라 상기 전원부로부터 인가된 전원을 변화시켜 상기 전해셀로 전송하는 기능을 수행한다.

전원 제어부(400)는 상기 전원부를 통해 상기 전해셀에 인가되는 인가전원의 크기가 상기 전해셀의 정상동작전원 범위(도 4의 'A' 영역) 내에 포함되는 지의 여 부를 판단하여, 상기 인가전원의 크기를 변화시키기 위한 전원제어 신호를 상기 컨버터로 전송하는 기능을 수행한다. 즉, 전원 제어부는, 상기 전해셀이 정상적으로 동작될 수 있는 전압 및 전류(정상동작전원)의 범위에 대한 정보를 저장하고 있는 한편, 상기 전해셀에 접속되어 있는 센서를 통해 상기 전해셀에 인가되는 인가전원의 크기를 입력받아, 상기 두 개의 전원의 크기를 비교하여, 상기 인가전원의 크기가 상기 정상동작전원의 범위를 벗어난 것으로 판단된 경우에는, 상기 인가전원을 상기 정상동작전원의 범위로 변화시키도록 하는 전원제어 신호를 생성하여 상기 컨버터로 전송하는 기능을 수행한다. 상기 전원제어 신호로는 PWM 신호가 이용될 수 있으며, 상기 PWM 신호의 동작 주파수는 20KHz 이상의 비가청 주파수가 이용될 수 있다.

한편, 도 4에는 상기 전해셀에 인가되는 전류 및 전압의 특성 그래프가 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 적용되는 전해셀은 특정 크기의 전류 및 전압 영역(정상동작전원 범위 : A)에서 동작되어야 하며, 상기 정상동작전원 범위 외(B, C, D)에서는 전해셀이 오동작을 할 수 있기 때문에, 전원 제어부는 인가전원이 상기 정상동작전원 범위를 벗어나지 않도록 제어하게 된다.

즉, 전압의 크기가 최저 구동 전압(V1) 이하로 떨어지거나(Short)(B), 최고 구동 전압(V2) 이상이 되면(Open)(C), 전원셀은 오동작을 할 수가 있으며, 전류의 크기가 최소 구동 전류(I1) 및 최대 구동 전류(I2)의 범위를 벗어나게 되는 경우에도 전원셀은 오동작을 할 수가 있으므로, 상기 전원 제어부는 전해셀 살균부로 인가되는 인가전원이 상기 정상동작전원 범위(A)를 벗어나지 않도록 상기 컨버터를 제어하게 된다.

상기 정상동작전원 범위(A)에 해당되는 전압의 크기 및 전류의 크기는 전해셀의 종류, 구성 및 기능 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

도 1은 본 발명에 적용되는 전해셀의 일실시예 분해 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 전해셀의 결합 상태 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 정수기의 일실시예 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 정수기에서의 전압/전류 특성을 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

120, 130, 140, 150 : 필터 200 : 전해셀 살균부

300 : 전원부 400 : 전원 제어부

500 : 컨버터

Claims (4)

1. 하나 이상의 필터들로 구성된 필터부;

   상기 필터부로부터 이송된 정수를 전해셀을 이용하여 전해살균하는 한편, 전해셀에 인가되는 전원의 크기를 감지하기 위한 전해셀 살균부;

   상기 전해셀 살균부로부터 전해살균된 정수를 저장하기 위한 정수탱크;

   상기 전해셀 살균부에 인가될 전원을 공급하기 위한 전원부;

   상기 전해셀 살균부로부터 인가된 인가전원의 크기가 기 설정되어 있는 정상동작전원의 범위를 벗어난 경우에 상기 인가전원을 변화시켜 상기 전해셀 살균부로 인가하기 위한 전원 제어부; 및

   상기 전원 제어부의 전원제어 신호에 따라 상기 전원부로부터 전송된 전원의 크기를 변화시켜 상기 전해셀 살균부로 인가시키기 위한 컨버터를 포함하며,

   상기 전해셀은,

   서로 대향하여 마주한 상태로 상호간에 일정 간격으로 이격된 양전극과 음전극;

   내측에 소정 크기의 공간을 형성하는 공간부에 상기 양전극과 상기 음전극을 압입 또는 부착시키고, 양 말단에 상기 압입 또는 부착된 양전극과 음전극의 전후 이동을 차단하는 돌출부를 포함하는 전극홀더;를 포함하며,

   상기 양전극과 상기 음전극 간의 통과공 높이는 0.5mm 이하인 것을 특징으로 하는,

   정수기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전해셀 살균부는,

   상기 전해셀의 전극에 인가되는 전압 또는 전류의 세기를 감지할 수 있는 센서를 포함하는 정수기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전원 제어부의 전원제어 신호는,

   20KHz 이상의 비가청 주파수 범위에서 생성되는 것을 특징으로 하는 정수기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 정상동작전원의 범위는,

   상기 전해셀 살균부를 구성하는 전해셀의 종류, 구성, 기능 중 적어도 어느 하나에 의해 가변되는 것을 특징으로 하는 정수기.

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