KR101897567B1

KR101897567B1 - Cdi 방식의 수처리 장치

Info

Publication number: KR101897567B1
Application number: KR1020130161066A
Authority: KR
Inventors: 이수영; 권태성; 문형민; 박병길; 문성민
Original assignee: 코웨이 주식회사
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2018-09-13
Also published as: JP2017500201A; EP3088366A4; CN105849050A; WO2015099320A1; JP6543630B2; EP3088366A1; CN105849050B; US11084740B2; US20160355418A1; EP3088366B1; KR20150074245A

Abstract

본 발명에 따른 CDI 방식의 수처리 장치는 전극과 세퍼레이터가 교대로 적층되어 형성되는 전극부를 통해 CDI 방식으로 원수를 정수하는 필터수단, 및 필터수단의 전단에 마련되어 전극부를 살균하기 위해 원수에서 생성시킨 살균물질을 전극부로 공급하는 살균수단을 포함한다. 이때 살균수단은 전극부에서 원수를 정수하지 않고, 또한 전극부에서 전극을 재생하지 않은 채로 소정 시간이 경과된 이후에 작동하는 것이 바람직하다.

Description

CDI 방식의 수처리 장치 {CDI TYPE WATER TREATMENT APPARATUS}

본 발명은 CDI 방식의 수처리 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 살균물질로서 화학물질을 별도로 공급할 필요 없이도 살균을 행할 수 있어 세균으로 인해 발생하는 문제를 미연에 방지할 수 있는 CDI 방식의 수처리 장치에 관한 것이다.

정수기와 같이 원수를 처리하여 정수수를 생성하는 수처리 장치는 현재 다양하게 개시되고 있다. 그런데 최근 EDI(Electro Deionization), CEDI(Continuous Electro Deionization), CDI(Capacitive Deionization)와 같은 전기 탈이온 방식의 수처리 장치가 각광을 받고 있다. 이들 중에서도 가장 각광을 받고 있는 것이 바로 CDI 방식의 수처리 장치이다.

CDI 방식은 전기적인 힘에 의해 전극의 표면에서 이온이 흡착되고 탈착되는 원리를 이용하여 이온(오염물질)을 제거하는 방식을 말한다. 이에 대해서 도 9와 도 10을 참조하여 보다 상술한다. 전극에 전력을 공급한 채로 이온을 포함한 원수를 전극의 사이로 통과시키면, 도 9에서 도시하고 있는 것과 같이 음이온은 양극으로 이동하게 되고, 양이온은 음극으로 이동하게 된다. 즉, 흡착이 일어나게 된다. 이와 같은 흡착으로 원수에 포함된 이온이 제거될 수 있다. 다만, 흡착이 계속되면 전극은 더 이상 이온을 흡착할 수 없게 된다. 이와 같은 경우 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이, 전극에 흡착된 이온들을 탈착시켜 전극을 재생시킬 필요가 있다. 이를 위해 정수 때의 반대 전압을 인가할 수 있다. 이때 재생수가 생성되어 배출된다.

본 발명자들은 CDI 방식의 수처리 장치를 사용함에 따라 필터(보다 정확히는 후술할 전극부)에 세균이 발생하여 필터의 수명이 감소한다는 사실을 발견했다. 보다 상술하면, CDI 방식의 수처리 장치를 사용함에 따라 원수를 통해 필터로 세균이 유입되거나 필터에서 세균이 증식되어 필터에 많은 세균이 발생할 수 있다. 이와 같이 세균이 발생하면 바이오 필름 등이 형성되어 필터의 차압이 증가한다. 이는 정수수의 추출 유량을 감소시킬 뿐만 아니라, 필터의 전극 표면을 오염시켜 정수 성능도 악화시킬 수 있다. 따라서 CDI 방식의 수처리 장치를 계속적으로 사용하려면 필터를 살균할 필요가 있다. 그러나 이를 위해 화학물질을 별도로 투입하는 것은 전극 수명, 이취미(異臭味), 안정성 등에 문제를 발생시킬 여지가 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 살균물질로서 화학물질을 별도로 공급할 필요 없이도 살균을 행할 수 있어 세균으로 인해 발생하는 문제를 미연에 방지할 수 있는 CDI 방식의 수처리 장치를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 과제는 살균을 행하더라도 오염물질의 제거율이 감소하지 않는 CDI 방식의 수처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 CDI 방식의 수처리 장치는 전극과 세퍼레이터가 교대로 적층되어 형성되는 전극부를 통해 CDI 방식으로 원수를 정수하는 필터수단, 및 필터수단의 전단에 마련되어 전극부를 살균하기 위해 원수에서 생성시킨 살균물질을 전극부로 공급하는 살균수단을 포함한다. 이때 살균수단은 전극부에서 원수를 정수하지 않고, 또한 전극부에서 전극을 재생하지 않을 때 작동하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 CDI 방식의 수처리 장치는 원수 중의 염소 이온(Cl^-)을 염소(Cl₂)로 환원시켜 살균물질을 생성시키기 때문에 살균물질로서 화학물질을 별도로 공급할 필요 없이도 살균을 행할 수 있어 세균으로 인해 발생하는 문제를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에 따른 CDI 방식의 수처리 장치는 정수모드와 재생모드가 모두 수행되지 않을 때 전극부로 살균물질을 공급하기 때문에, 차압의 증가를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, TDS 제거율도 대체로 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터수단을 도시하고 있는 사시도
도 2는 도 1의 필터수단을 도시하고 있는 분해 사시도
도 3은 도 1의 필터수단의 전극부와 단자부를 도시하고 있는 분해 사시도
도 4는 도 1의 필터수단의 A-A선에 따른 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시하고 있는 개략도
도 6은 전극부를 살균하지 않을 때 수처리 장치의 사용기간에 따른 TDS 제거율과 차압을 나타내고 있는 그래프
도 7은 정수모드나 재생모드에 상관없이 전극부로 살균물질을 계속적으로 공급할 때 수처리 장치의 사용기간에 따른 TDS 제거율과 차압을 나타내고 있는 그래프
도 8은 정수모드와 재생모드가 수행되지 않은 채로 소정 시간이 경과될 때마다 전극부로 살균물질을 공급할 때 수처리 장치의 사용기간에 따른 TDS 제거율과 차압을 나타내고 있는 그래프
도 9는 CDI 방식에서 정수가 이루어지는 원리를 설명하고 있는 개념도
도 10은 CDI 방식에서 재생이 이루어지는 원리를 설명하고 있는 개념도

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터수단을 도시하고 있는 사시도이고, 도 2는 도 1의 필터수단을 도시하고 있는 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 필터수단의 전극부와 단자부를 도시하고 있는 분해 사시도이며, 도 4는 도 1의 필터수단의 A-A선에 따른 단면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치는 CDI 방식의 수처리 장치에 관한 것으로서, 필터수단(100)과 살균수단(200)을 포함한다.

[필터수단]

필터수단(100)은 전극부(110), 필터 케이스부(130) 및 단자부(150)를 포함한다. 먼저 전극부(110)를 살펴본다. 전극부(110)는 CDI 방식으로 원수를 정수하는 역할을 한다. 보다 구체적으로 전극부(110)는 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 전극(111, 113)과 세퍼레이터(112)가 교대로 적층되어 형성된다. 이때 전극은 양극(111)과 음극(113)을 포함한다. 즉, 전극부(110)는 양극(111)과 음극(113)이 세퍼레이터(112)를 통해 대향되게 적층되어 형성된다. 여기서 세퍼레이터(112)는 양극(111)과 음극(113)의 사이에 간격을 형성한다.

그런데 전극(111, 113)은 일반적으로 흑연 포일(graphite foil)의 양면에 활성탄(activated carbon)을 도포하여 형성될 수 있다. 이때 흑연 포일은 활성탄이 도포되는 본체 부분(도 3에서 빗금이 표시된 부분 참조)과, 본체 부분으로부터 돌출되되 활성탄이 도포되지 않은 돌출 부분(111a, 113a)을 포함할 수 있다. 여기서 돌출 부분(111a, 113a)은 전극(111, 113)의 전극탭을 형성한다. 전극탭(111a, 113a)을 통해 전극(111, 113)으로 전력(또는 전압이나 전류)을 공급하여 전극부(110)를 작동시킬 수 있다.

한편, 양극(111)과 음극(113)은 전기적으로 서로 분리될 필요가 있다. 따라서 양극탭(111a)과 음극탭(113a)은 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 서로 이격되는 것이 바람직하다. 그러나 양극탭(111a)은 양극탭(111a)끼리, 그리고 음극탭(113a)은 음극탭(113a)끼리, 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 서로 같은 위치에서 서로 같은 방향으로 돌출되는 것이 바람직하다. 이와 같으면 양극탭(111a)과 음극탭(113a)에 각각 전원을 공급하기 편리하다.

다음으로 필터 케이스부(130)를 살펴본다. 필터 케이스부(130)는 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이 전극부(110)를 수용한다. 보다 구체적으로 필터 케이스부(130)는 상부에 개구(132)가 형성되고 내부에 전극부(110)가 수용되는 하부 케이스(131), 및 하부 케이스(131)의 개구(132)를 밀폐하는 상부 케이스(136)를 포함한다. 즉, 하부 케이스(131)의 개구(132)를 통해 전극부(110)를 하부 케이스(131)의 내부로 삽입한 다음, 하부 케이스(131)의 개구(132)를 상부 케이스(136)로 밀폐한다. 여기서 하부 케이스(131)는 측부에 원수가 입수되는 입수구(133)를 가지고, 상부 케이스(136)는 상부에 정수수가 출수되는 출수구(137)를 가진다. 이때 출수구(137)는 전극부(110)의 출수홀(115)에 대응되게 형성된다.

이와 같은 구조에 따라 원수는 다음과 같은 과정을 거쳐 정수된다. 우선 원수는 입수구(133)를 통해 필터 케이스부(130)의 내부로 공급된다. 그런 다음 이와 같은 공급에 따른 압력으로 원수는 전극부(110)의 측면을 통해 전극부(110)의 내부로 입수된다. 그런 다음 원수는 전극부(110)의 내부에서 양극(111)과 음극(113)의 사이를 흐르며 CDI 방식에 따라 정수된다. 그런 다음 원수(즉, 정수수)는 출수홀(115)을 통해 전극부(110)의 외부로 배출된다. 그런 다음 원수는 출수구(137)를 통해 필터 케이스부(130)의 외부로 배출된다.

다음으로 단자부(150)를 살펴본다. 단자부(150)는 전극탭(111a, 113a)에 전기적으로 연결되어 외부전원(미도시)으로부터 전극(111, 113)으로 전력을 공급하는 역할을 한다. 보다 구체적으로 단자부(150)는 도 2와 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 일측 말단에서 전극탭(111a, 113a)에 접하는 전도성의 전극단자(151)를 구비한다. (전극단자의 일측 말단에 전극탭이 접한 상태에서 전극단자의 타측 말단으로 전력을 공급하면 전극단자를 통해 전극탭으로 전력이 공급될 수 있다.)

전극단자(151)는 스테인리스 스틸(stainless steel)로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 후술할 단자밴드(152)도 동일하다. 스테인리스 스틸은 가격이 저렴하면서도 전기 전도성이 양호하기 때문이다. 그러나 스테인리스 스틸은 전류의 흐름에 따라 산화되어 녹이 발생할 수 있다는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 전극단자(151)를 티타늄(Ti)으로 형성하는 것도 고려해 볼 수 있다. 그러나 티타늄은 전류의 흐름에 따라 산화되어 전기 전도성이 약화될 수 있다는 한계가 있다.

따라서 전극단자(151)는 백금(Pt)으로 형성되는 것이 가장 바람직하다. 이는 후술할 단자밴드(152)도 동일하다. 백금은 산화되어 녹이 발생한다거나 전기 전도성이 약화된다는 문제가 발생하지 않기 때문이다. 다만, 고가라는 점을 고려하여 표면에 백금(Pt)을 코팅하여 전극단자(151)를 형성하는 것도 고려할 수 있다.

그런데 단자부(150)는 전극단자(151)와 함께 전극탭(111a 또는 113a)을 감싸는 전도성의 단자밴드(152)를 포함할 수 있다. 이때 단자밴드(152)는 전극탭(111a, 113a)이 내측으로 가압되게 전극단자(151)와 함께 전극탭(111a, 113a)을 감싸는 것이 바람직하다. 또한 단자밴드(152)는 전극탭(111a, 113a)의 외측에서 전극단자(151)와 함께 전극탭(111a, 113a)을 적어도 한 바퀴 감싸는 것이 바람직하다.

[살균수단]

살균수단(200)은 전극부(110)를 살균하기 위해 원수에서 살균물질을 생성시켜 전극부(110)로 공급하는 역할을 한다. 이와 같이 살균물질을 생성시키기 위해 살균수단(200)은 원수 중의 염소 이온(Cl^-)을 염소(Cl₂)로 환원시킬 수 있다. 이와 같이 염소 이온을 염소로 환원시키기 위해 살균수단(200)은 루테늄 산화물(RuOx)이 코팅된 살균 단자부(미도시), 및 살균 단자부를 수용하는 살균 케이스부(210)를 포함한다. 이에 대해 이하에서 보다 상술한다.

살균 단자부에 전력(또는 전류나 전압)이 인가되면 살균 단자부의 루테늄 산화물에 의해 원수 중의 염소 이온은 염소로 환원될 수 있다. (원수는 일반적으로 염소 이온을 자체적으로 포함한다.) 루테늄 산화물은 염소 이온을 염소로 환원시킬 때 전위차를 낮춰주는 촉매 역할을 한다. 이와 같이 생성된 염소는 원수에 바로 녹아 HOCl(차아염소산)이 될 수 있다. HOCl은 세균을 살균할 수 있는 살균물질로서 혼합 산화제(Mixed Oxidant)이다. 이와 같이 살균수단(200)은 원수 중의 염소 이온을 환원시켜 살균물질을 생성시킬 수 있다.

이에 따라 본 실시예에 따른 수처리 장치는 살균물질로서 화학물질을 별도로 공급할 필요 없이 전극부(110)를 살균할 수 있다. 또한 본 실시예에 따른 수처리 장치는 이와 같은 살균을 통해 세균으로 인해 발생하는 문제를 미연에 방지하여 반영구적으로 사용될 수 있다.

살균 단자부는 다음과 같이 마련될 수 있다. 우선 전극단자(151)와 같은 금속단자에 루테늄을 코팅한다. 그런 다음 금속단자를 고온에서 가열한다. 이와 같은 가열로 루테늄은 루테늄 산화물로 산화될 수 있다. 이에 따라 금속단자의 표면에는 대체로 루테늄 산화물이 존재할 수 있다. 여기서 루테늄 대신에 백금이나 이리듐과 같은 백금족 금속을 사용할 수 있다. 그런데 루테늄을 사용하는 것이 가장 효과적이다.

그런데 살균수단(200)은 후술할 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 필터수단(100)의 전단에 마련될 수 있다. 이와 같이 살균수단(200)을 마련하면 필터수단(100)과 무관하게 살균수단(200)을 독립적으로 작동시킬 수 있다. 따라서 살균수단(200)을 작동시키면 살균물질을 포함한 원수가 전극부(110)로 공급될 수 있고, 살균수단(200)을 정지시키면 살균물질을 포함하지 않는 원수가 전극부(110)로 공급될 수 있다. 이와 같이 살균수단(200)을 선택적으로 작동시키면 살균 단자부의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한 이와 같이 살균수단(200)을 독립적으로 작동시키면 후술할 바와 같이 차압 상승과 같은 세균으로 인한 문제를 해결할 수 있으면서도 TDS(Total Dissolved Solids, 총용존고형물) 제거율을 유지할 수 있다.

[살균수단의 제어]

본 실시예에 따른 수처리 장치는 정수모드, 재생모드 및 살균모드를 가질 수 있다. 정수모드는 전극부(110)에서 원수를 정수하는 모드이고, 재생모드는 전극부 (110)에서 전극(111, 113)을 재생하는 모드이며, 살균모드는 살균수단(200)을 통해 전극부(110)에서 세균을 살균하는 모드이다. 살균모드를 작동시키기 위해 본 실시예에 따른 수처리 장치는 살균 단자부로 공급되는 전력을 제어하는 제어수단(미도시)을 포함할 수 있다.

여기서 제어수단은 정수모드, 재생모드 및 살균모드 중에서 살균모드일 때 살균 단자부로 전력을 공급하는 제어를 행하는 것이 바람직하다. 본 출원의 발명자들은, 정수모드나 재생모드와 같이 필터수단(100)의 작동 중에 HOCl와 같은 살균물질을 필터수단(100)으로 공급하면, 산화철(FeOx) 등이 발생하여 필터수단 (100)의 TDS 제거율이 감소한다는 사실을 발견했다. 산화철은 입자 크기가 작기 때문에 공극에 끼어서 전극으로부터 제대로 배출되지 않으며, 이와 같이 산화철이 배출되지 않으면 전극이 제대로 재생되기 어렵기 때문이다. 따라서 정수모드와 재생모드가 모두 수행되지 않을 때 살균모드가 수행되는 것이 바람직하다.

다만, 살균모드를 자주 수행하면 전력의 낭비나 살균 단자부의 수명 감소를 초래할 수 있으므로, 살균모드는 정수모드와 재생모드가 모두 수행되지 않은 채로 소정 시간(약 4시간)이 경과된 이후에 수행되는 것이 바람직하다. 이때 소정 시간은 전극부(110)에서 세균이 증식하는 시간에 따라 적절히 선택될 수 있다.

한편, 제어수단은 원수의 TDS에 따라 살균모드에서 살균 단자부로 공급될 전력의 크기를 결정하는 것이 바람직하다. 원수의 TDS가 높다는 것은 원수 중의 염소 이온의 농도가 높을 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 원수의 TDS가 높으면 살균모드에서 살균 단자부로 공급될 전력의 크기를 낮추는 것이 바람직하다. 전력의 크기가 낮더라도 원수 중의 염소 이온의 농도가 높기 때문에 살균물질이 충분히 생성될 수 있다. 이와 반대로 원수의 TDS가 낮으면 살균모드에서 살균 단자부로 공급될 전력의 크기를 높이는 것이 바람직하다. 여기서 원수의 TDS는 필터 케이스부(130)의 전단에 별도로 TDS 센서를 설치하여 측정할 수 있다.

그런데 정수모드에서 전극(111, 113)에 일정한 전압이 인가되도록 제어하는 경우에는 원수의 TDS에 따라 전극(111, 113)에 흐르는 전류의 크기가 달라진다. 즉, 원수의 TDS가 높으면 전극(111, 113)에 흐르는 전류의 크기도 높아지고, 원수의 TDS가 낮으면 전극(111, 113)에 흐르는 전류의 크기도 낮아진다. 따라서 별도로 TDS 센서를 설치하지 않더라도, 전극(111, 113)에 흐르는 전류의 크기를 기초로 원수의 TDS를 추정할 수 있다. 이에 따라 별도의 TDS 센서가 없더라도, 이와 같이 정수모드에서 전극(111, 113)에 흐르는 전류의 크기에 따라 살균모드에서 살균 단자부로 공급될 전력의 크기를 결정할 수도 있다.

[수처리 장치의 구조]

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시하고 있는 개략도이다. 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치는 전술한 필터수단(100), 살균수단(200), 제어수단뿐만 아니라, 원수를 필터수단(100)으로 공급하는 공급수단(310), 정수수를 사용자에게 취출하는 취출수단 (320), 재생수를 외부로 배출하는 배출수단(330), 및 밸브수단을 포함할 수 있다.

여기서 공급수단(310)은 다양하게 구현될 수 있다. 일례로 공급수단(310)은 외부로부터 원수를 공급받기 위한 도관일 수 있다. 또한 취출수단(320)도 다양하게 구현될 수 있으며, 일례로 사용자에게 선택적으로 정수수를 공급하기 위한 코크(cock)일 수 있다. 그리고 배출수단(330)도 다양하게 구현될 수 있으며, 일례로 외부로 재생수를 배출하기 위한 도관일 수 있다.

그리고 밸브수단은 공급수단(310)으로부터 입수구(133)로 통하는 유로 중에 설치되는 공급밸브(341)와, 출수구(137)로부터 취출수단(320)으로 통하는 유로 중에 설치되는 취출밸브(342)와, 출수구(137)로부터 배출수단(330)으로 통하는 유로 중에 설치되는 배출밸브(343)와, 공급밸브(341)의 전단으로부터 출수구(137)로 통하는 유로 중에 설치되는 세척밸브(344)와, 공급밸브(341)의 후단으로부터 외부로 통하는 유로 중에 설치되는 배수밸브(345)를 구비할 수 있다. 밸브수단의 밸브들은 전자적인 제어를 위해 솔레노이드 밸브로 구현될 수 있다. 참고로, 공급밸브(341)의 전단은 도 5를 기준으로 공급밸브(341)의 좌측을, 그리고 공급밸브(341)의 하단은 도 5를 기준으로 공급밸브(341)의 우측을 의미한다.

그런데 필터수단(100)은 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 2개의 전극부(110a, 110b)를 포함할 수 있다. 전극부(110a, 110b)는 전극을 재생할 필요가 있다. 그런데 전극부가 1개라면, 전극의 재생 중에 정수수를 생성할 수 없다. 따라서 전극의 재생과 무관하게 정수수를 생성하려면 필터수단(100)이 2개의 전극부(110a, 110b)를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 어느 하나의 전극부가 재생모드일 때, 다른 하나의 전극부는 정수모드인 것이 바람직하다. 이에 따라 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 취출밸브(342a, 342b), 배출밸브(343a, 343b), 세척밸브(344a, 344b)도 한 쌍으로 마련될 수 있다. (필터 케이스부도 전극부에 대응되게 각각 마련된다.)

여기서 원수는 살균 케이스부(210)를 거쳐 선택적으로 입수구(133a, 133b) 또는 출수구 (137a, 137b)로 공급되는 것이 바람직하다. 살균물질을 포함한 원수를 필요에 따라 전극부(110a, 110b)의 측면 쪽으로 또는 전극부(110a, 110b)의 출수홀(115) 쪽으로 모두 공급하는 것이 전극부(110a, 110b)의 살균에 보다 유리하기 때문이다(도 4 참조).

이하에서 제어수단에 의한 밸브들의 제어에 대해 상술한다. 우선 정수모드를 설명하다. 제1 전극부(110a)가 정수모드라면 공급밸브(341)와 취출밸브(342a)만 개방한다. 밸브수단의 나머지 밸브들은 폐쇄한다. 이와 같이 개폐하면 원수가 제1 전극부(110a)를 통해 정수된 다음에 취출수단(320)을 통해 사용자에게 공급될 수 있다.

제2 전극부(110b)가 정수모드라면 공급밸브(341)와 취출밸브(342b)만 개방한다. 즉, 제1 전극부가 정수모드인 경우와 동일하다. 이와 같이 개폐하면 원수가 제2 전극부(110b)를 통해 정수된 다음에 취출수단(320)을 통해 사용자에게 공급될 수 있다. 이때 정수를 위해 제어수단은 제1 전극부(110a)의 전극단자나 제2 전극부(110b)의 전극단자로 전력을 공급할 필요가 있다. 그러나 앞서 살펴본 바와 같이 정수모드에서 살균 단자부로 전력을 공급할 필요는 없다. 이는 후술할 재생모드도 동일하다.

다음으로 재생모드를 설명한다. 제1 전극부(110a)가 재생모드라면 공급밸브 (341)와 배출밸브(343a)만 개방한다. 나머지는 폐쇄한다. 이와 같이 개폐하면 원수가 제1 전극부(110a)를 거쳐 배출수단(330)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 제2 전극부(110b)가 재생모드라면 공급밸브(341)와 배출밸브(343b)만 개방한다. 즉, 제1 전극부가 재생모드인 경우와 동일하다. 이와 같이 개폐하면 원수가 제2 전극부 (110b)를 거쳐 배출수단(330)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이때 재생을 위해 제어수단은 제1 전극부(110a)의 전극 단자나 제2 전극부(110b)의 전극단자로 전력을 공급할 필요가 있다.

이때 정수모드와 재생모드는 복합적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극부(110a)는 정수모드, 제2 전극부(110b)는 재생모드라면, 공급밸브(341), 취출 밸브(342a), 배출밸브(343b)만 개방하면 된다.

다음으로 살균모드 중에서 역세척을 설명한다. 제1 전극부(110a)를 역세척 한다면 세척밸브(344a)와 배수밸브(345)만 개방한다. 나머지는 폐쇄한다. 이와 같이 개폐하면 원수가 제1 필터 케이스부(130a)의 출수구(137a)를 통해 제1 전극부 (110a)로 입수된 다음에 제1 필터 케이스부(130a)의 입수구(133a)를 거쳐 외부로 배수될 수 있다. 이때 원수는 바로 외부로 배출될 수도 있고, 도 5에서 도시하고 있는 것과 배출수단(330)을 거쳐 외부로 배출될 수도 있다. (역세척에서 원수가 흐르는 방향은 정수모드나 재생모드에서 원수가 흐르는 방향과 반대이므로 '세척'에 '역'을 부가한다.)

제2 전극부(110b)를 역세척한다면 세척밸브(344b)와 배수밸브(345)만 개방 한다. 즉, 제1 전극부(110a)를 역세척하는 경우와 동일하다. 이렇게 개폐하면 원수가 제2 필터 케이스부(130b)의 출수구(137b)를 통해 제2 전극부(110b)로 입수된 다음에 제2 필터 케이스부(130b)의 입수구(133b)를 거쳐 외부로 배수될 수 있다. 이때 제어수단은 제1 전극부(110a)나 제2 전극부(110b)에 대한 살균을 위해 역세척 중에 살균 단자부로 전력을 공급할 수 있다.

또는 다음과 같이 정세척과 역세척을 혼용할 수도 있다. 우선 세척밸브 (344a)와 배출밸브(343b)만 개방한다. 나머지는 폐쇄한다. 이와 같이 개폐하면 원수가 제1 필터 케이스부(130a)의 출수구(137a) → 제1 전극부(110a) → 제1 필터 케이스부(130a)의 입수구(133a) → 제2 필터 케이스부(130b)의 입수구(133b) → 제2 전극부(110b) → 제2 필터 케이스부(130b)의 출수구(137b)를 거쳐 외부로 배출될 수 있다. 이때 제어수단은 살균을 위해 살균 단자부로 전력을 공급할 수 있다.

또는 세척밸브(344b)와 배출밸브(343a)만 개방한다. 이와 같이 개폐하면 원수가 제2 필터 케이스부(130b)의 출수구(137b) → 제2 전극부(110b) → 제2 필터 케이스부(130b)의 입수구(133b) → 제1 필터 케이스부(130a)의 입수구(133a) → 제1 전극부(110a) → 제1 필터 케이스부(130a)의 출수구(137a)를 거쳐 외부로 배출될 수 있다. 이때 제어수단은 살균을 위해 살균 단자부로 전력을 공급할 수 있다.

다음으로 살균모드 중에서 역살균(제2 살균)을 설명한다. 제1 전극부(110a)를 역살균한다면 세척밸브(344a)와 배수밸브(345)만 개방한다. 나머지는 폐쇄한다. 이와 같이 개폐하면 원수가 제1 필터 케이스부(130a)의 출수구(137a)를 통해 제1 전극부 (110a)로 입수된 다음에 제1 필터 케이스부(130a)의 입수구(133a)를 거쳐 외부로 배출될 수 있다. 이때 원수는 바로 외부로 배출될 수도 있고, 도 5에서 도시하고 있는 것과 배출수단(330)을 거쳐 외부로 배출될 수도 있다. (역살균에서 원수가 흐르는 방향은 정수모드나 재생모드에서 원수가 흐르는 방향과 반대이므로 '살균'에 '역'을 부가한다.)

제2 전극부(110b)를 역살균한다면 세척밸브(344b)와 배수밸브(345)만 개방 한다. 즉, 제1 전극부(110a)를 역살균하는 경우와 동일하다. 이렇게 개폐하면 원수가 제2 필터 케이스부(130b)의 출수구(137b)를 통해 제2 전극부(110b)로 입수된 다음에 제2 필터 케이스부(130b)의 입수구(133b)를 거쳐 외부로 배출될 수 있다. 이때 제어수단은 제1 전극부(110a)나 제2 전극부(110b)에 대한 살균을 위해 역살균 중에 살균 단자부로 전력을 공급할 필요가 있다.

마지막으로 살균모드 중에서 정살균(제1 살균)을 설명한다. 제1 전극부 (110a)를 정살균한다면 공급밸브(341)와 배출밸브(343a)만 개방한다. 나머지는 폐쇄 한다. 이와 같이 개폐하면 원수가 제1 필터 케이스부(130a)의 입수구(133a)를 통해 제1 전극부(110a)로 입수된 다음에 제1 필터 케이스부(130a)의 출수구(137a)를 거쳐 배출수단(330)을 통해 외부로 배출될 수 있다. (역살균과 대비하기 위해 여기에서 제1 살균을 정살균으로 부른다.)

제2 전극부(110b)를 정살균한다면 공급밸브(341)와 배출밸브(343b)만 개방 한다. 즉, 제1 전극부(110a)를 정살균하는 경우와 동일하다. 이와 같이 개폐하면 원수가 제2 필터 케이스부(130b)의 입수구(133b)를 통해 제2 전극부(110b)로 입수된 다음에 제2 필터 케이스부(130b)의 출수구(137b)를 거쳐 배출수단(330)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이때 제어수단은 제1 전극부(110a)나 제2 전극부(110b)에 대한 살균을 위해 정살균 중에 살균 단자부로 전력을 공급할 필요가 있다. 참고로 원수의 흐름을 고려할 때, 정살균은 전극부(110)에서 입수구(137) 쪽의 살균에 적합하고, 역살균은 전극부(110)에서 출수구(137) 쪽의 살균에 적합하다.

여기서 살균모드 중의 역세척, 역살균 및 정살균은 복합적으로 수행되는 것이 바람직하다. 이때 정살균은 역살균 이후에 수행되는 것이 바람직하다. 정살균 이후에 정수모드가 수행되어 정수수가 생성될 때보다, 역살균 이후에 정수모드가 수행되어 정수수가 생성될 때, 잔존한 살균물질이 정수수에 포함되어 사용자에게 공급될 가능성이 높기 때문이다. (입수 쪽의 살균물질은 CDI 방식의 전극부를 통과하며 제거될 수 있다.) 정살균은 결국 가장 마지막에 수행되는 것이 바람직하다. 또한 역세척은 역세척의 목적(후술할 입자성 물질의 제거)를 고려할 때, 역살균이나 정살균 이전에 수행되는 것이 바람직하다.

그런데 정살균 중에 배출수단(330)을 통해 배출되는 배출유량(원수가 정살균 중에 입수구로 공급되는 제1 유량에 대응한다)이나 역살균 중에 배출수단(330)을 통해 배출되는 배출유량(원수가 역살균 중에 출수구로 공급되는 제2 유량에 대응한다)은 역세척 중에 배출수단(330)을 통해 배출되는 배출유량(원수가 역세척 중에 출수구로 공급되는 제3 유량에 대응한다)보다 적은 것이 바람직하다.

이에 대해 상술한다. 입자성 물질은 전극부(110)에서 출수구(137) 쪽보다 입수구(137) 쪽에 많이 머물러 있으므로, 이를 제거하려면 출수구(137) 쪽에서 입수구(133) 쪽으로 강하게 원수를 흘려 보내는 것이 바람직하다(도 4 참조). 이에 따라 역세척의 기본 역할이 입자성 물질의 제거라는 점을 고려할 때, 역세척 중의 배출유량은 많은 것이 바람직하다.

그러나 살균수단(200)에서 생성하는 살균물질의 양은 한정적이므로 유량이 증가할수록 살균물질의 농도가 감소하여 살균 효과는 감소할 수밖에 없다. 이에 따라 정살균이나 역살균의 기본 역할이 전극부의 살균이라는 점을 고려할 때, 정살균이나 역살균 중의 배출유량은 상대적으로 적은 것이 바람직하다. 참고로, 정살균 중의 배출유량은 역살균 중의 배출유량과 동일해도 무방하다. 여기서 배출유량은 배관의 직경을 통해 조절될 수 있다. 일례로 배출 밸브(343)이나 배수밸브(345) 이후의 배관 직경을 취출밸브(342) 이후의 배관 직경보다 작게 하면, 배출유량을 적게 할 수 있다.

한편, 필터수단(100)이 2개의 전극부(110a, 110b)를 포함할 경우 본 실시예에 따른 수처리 장치는 배출밸브(343)의 하단에 유량조절밸브(346)를 더 포함할 수 있다. 여기서 유량조절밸브(346)는 외부로 배출되는 재생수의 양을 조절하여 정수수와 재생수 사이의 비율을 조절할 수 있다.

일례로 제1 전극부(110a)는 정수모드이고, 제2 전극부(110b)는 재생모드라면 취출밸브(342a)와 배출밸브(343b)만 개방될 것이다. 나머지는 폐쇄될 것이다. 이때 공급수단(310)으로부터 필터수단(100)으로 원수를 10만큼 공급한다고 가정한다. 이와 같을 때 유량조절밸브(346)가 제2 전극부(110b)로부터 외부로 재생수가 2만큼 배출 되도록 조절한다면, 공급수단(310)으로부터 제1 전극부(110a)로 원수가 8만큼 공급될 것이다.

참고로, 본 실시예에 따른 수처리 장치는 필터수단(100)에 더해서 다른 필터를 더 포함할 수 있다. 일례로 본 실시예에 따른 수처리 장치는 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이, 주로 염소물질을 제거하기 위한 선카본 필터(401)나, 주로 냄새를 제거하기 위한 후카본 필터(402)를 더 포함할 수 있다.

[살균모드의 효과]

도 6은 전극부를 살균하지 않을 때, 수처리 장치의 사용기간에 따른 TDS 제거율(TDS Rejection)과 차압(pressure drop)을 나타내고 있는 그래프이다. 전극부를 살균하지 않는다면, 도 6에서 나타내고 있는 바와 같이 전극부(110)에서 세균이 증식하여 차압(출수구와 입수구간의 압력 차이)의 증가를 초래할 수 있으며, 이의 결과로 필터의 수명이 감소할 수 있다.

도 7은 정수모드나 재생모드에 상관없이 전극부로 살균물질을 계속적으로 공급할 때, 수처리 장치의 사용기간에 따른 TDS 제거율과 차압을 나타내고 있는 그래프이다. 정수모드나 재생모드에 상관없이 전극부(110)로 살균물질을 계속적으로 공급한다면, 도 7에서 나타내고 있는 바와 같이 차압의 증가는 억제할 수 있으나 TDS 제거율(결국, 오염물질 제거율)이 감소할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 산화철과 같은 무기성 이온들의 발생에 따른 것이다. 다만, 이와 같이 TDS 제거율이 감소하더라도 차압의 증가를 억제할 수 있다는 점에서 살균물질을 공급하는 것에 의미가 있다.

도 8은 정수모드와 재생모드가 수행되지 않은 채로 소정 시간이 경과될 때마다 전극부로 살균물질을 공급할 때, 수처리 장치의 사용기간에 따른 TDS 제거율과 차압을 나타내고 있는 그래프이다. 정수모드와 재생모드가 수행되지 않은 채로 소정 시간이 경과될 때마다 전극부로 살균물질을 공급하면, 도 8에서 나타내고 있는 바와 같이 차압의 증가를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, TDS 제거율도 대체로 일정하게 유지할 수 있다.

100: 필터수단 110: 전극부
111: 양극 111a: 양극탭
112: 세퍼레이터 113: 음극
113a: 음극탭 115: 출수홀
130: 필터 케이스부 131: 하부 케이스
133: 입수구 136: 상부 케이스
137: 출수구 150: 단자부
151: 전극단자 152: 단자밴드
200: 살균수단 210: 살균 케이스부
310: 공급수단 320: 취출수단
330: 배출수단 341: 공급밸브
342(342a, 342b): 취출밸브 343(343a, 343b): 배출밸브
344(344a, 344b): 세척밸브 345: 배수밸브
346: 유량조절밸브

Claims

전극과 세퍼레이터가 교대로 적층되어 형성되는 전극부를 통해 CDI 방식으로 원수를 정수하는 필터수단; 및
상기 필터수단의 전단에 마련되어 상기 전극부를 살균하기 위해 상기 원수에서 생성시킨 살균물질을 상기 전극부로 공급하는 살균수단을 포함하며,
상기 필터수단은, 상기 전극부에서 원수를 정수하는 정수모드에서 정수수를 배출하고, 상기 전극부에서 전극을 재생하는 재생모드에서 재생수를 배출하며, 또한 상기 원수가 공급되는 입수구와 상기 정수수 또는 상기 재생수가 배출되는 출수구를 구비하고 상기 전극부를 수용하는 필터 케이스부를 포함하고,
상기 원수를 상기 필터수단으로 공급하는 공급수단;
상기 정수수를 사용자에게 취출하는 취출수단;
상기 재생수를 외부로 배출하는 배출수단;
상기 공급수단으로부터 상기 입수구로 통하는 유로 중에 설치되는 공급밸브와, 상기 출수구로부터 상기 취출수단으로 통하는 유로 중에 설치되는 취출밸브와, 상기 출수구로부터 상기 배출수단으로 통하는 유로 중에 설치되는 배출밸브와, 상기 공급 밸브의 전단으로부터 상기 출수구로 통하는 유로 중에 설치되는 세척밸브와, 상기 공급밸브의 후단으로부터 외부로 통하는 유로 중에 설치되는 배수밸브를 구비하는 밸브수단; 및
상기 밸브들의 개폐를 제어하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 살균수단은 상기 원수에서 상기 살균물질을 생성시키기 위해 상기 원수 중의 염소 이온(Cl^-)을 염소(Cl₂)로 환원시키는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 살균수단은 루테늄 산화물(RuOx)이 코팅되는 살균 단자부와, 상기 살균 단자부를 수용하는 살균 케이스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 살균 단자부로 공급되는 전력을 제어하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제어수단은, 상기 전극부에서 원수를 정수하는 정수모드, 상기 전극부에서 전극을 재생하는 재생모드, 및 상기 전극부에서 세균을 살균하는 살균모드 중에서 상기 살균모드일 때, 상기 살균 단자부로 전력을 공급하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 살균모드는 상기 정수모드와 상기 재생모드가 모두 수행되지 않은 채로 소정 시간이 경과된 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제어수단은 상기 원수의 TDS(총용존고형물)에 따라 상기 살균모드에서 상기 살균 단자부로 공급될 전력의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제어수단은 상기 정수모드에서 상기 전극부에 일정한 전압이 인가될 때 상기 전극부에 흐르는 전류의 크기에 따라 상기 살균모드에서 상기 살균 단자부로 공급될 전력의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 원수는 상기 살균수단을 거쳐 상기 입수구 또는 상기 출수구로 공급되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 원수는 상기 전극부에 대한 제1 살균을 위해 상기 살균수단의 작동 중에 제1 유량으로 상기 살균수단을 거쳐 상기 입수구로 공급되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 원수는 상기 전극부에 대한 제2 살균을 위해 상기 살균수단의 작동 중에 제2 유량으로 상기 살균수단을 거쳐 상기 출수구로 공급되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 원수는 상기 전극부에 대한 역세척을 위해 상기 제1 유량 또는 상기 제2 유량보다 많은 제3 유량으로 상기 살균수단을 거쳐 상기 출수구로 공급되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제1 살균은 상기 제2 살균 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 역세척은 상기 제1 살균 또는 상기 제2 살균 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제어수단은 상기 정수모드에서 상기 살균수단의 비작동 중에, 상기 공급밸브를 개방하고, 상기 배출밸브를 폐쇄하고, 상기 취출밸브를 개방하고, 상기 세척밸브를 폐쇄하고, 상기 배수밸브를 폐쇄하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어수단은 상기 재생모드에서 상기 살균수단의 비작동 중에, 상기 공급밸브를 개방하고, 상기 배출밸브를 개방하고, 상기 취출밸브를 폐쇄하고, 상기 세척밸브를 폐쇄하고, 상기 배수밸브를 폐쇄하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어수단은 살균모드에서 상기 전극부에 대한 제1 살균을 위해 상기 살균수단의 작동 중에, 상기 공급밸브를 개방하고, 상기 배출밸브를 개방하고 상기 취출밸브를 폐쇄하고, 상기 세척밸브를 폐쇄하고, 상기 배수밸브를 폐쇄하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 19에 있어서,
상기 제어수단은 상기 살균모드에서 상기 전극부에 대한 제2 살균을 위해 상기 살균수단의 작동 중에, 상기 공급밸브를 폐쇄하고, 상기 배출밸브를 폐쇄하고 상기 취출밸브를 폐쇄하고, 상기 세척밸브를 개방하고, 상기 배수밸브를 개방하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 20에 있어서,
상기 제어수단은 상기 살균모드에서 상기 전극부에 대한 역세척을 위해, 상기 공급밸브를 폐쇄하고, 상기 배출밸브를 폐쇄하고, 상기 취출밸브를 폐쇄하고, 상기 세척밸브를 개방하고, 상기 배수밸브를 개방하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 20에 있어서,
상기 제1 살균은 상기 제2 살균 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.
청구항 21에 있어서,
상기 역세척은 상기 제1 살균 또는 상기 제2 살균 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 CDI 방식의 수처리 장치.