KR101939365B1 - 필터 장치 및 상기 필터 장치의 작동 방법 - Google Patents

필터 장치 및 상기 필터 장치의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

서로 마주하는 양극과 음극, 상기 양극과 음극 사이에 배치되어 있는 한 쌍의 양이온 교환막, 상기 한 쌍의 양이온 교환막 사이에 위치하고 투입구로부터 배출구를 향하는 유로 방향을 따라 뻗어 있는 유로, 그리고 상기 유로에 채워져 있는 이온 교환체를 포함하고, 상기 유로는 상기 유로 방향을 따라 단면적당 유량이 증가하는 모양을 가지는 필터 장치 및 그 작동 방법을 제공한다.

Description

필터 장치 및 상기 필터 장치의 작동 방법{FILTER APPARATUS AND METHOD OF OPERATING THE SAME}
필터 장치 및 상기 필터 장치의 작동 방법에 관한 것이다.
수돗물에는 칼슘 또는 마그네슘과 같은 다량의 경도 성분이 함유되어 있다. 이러한 경도 성분은 비누의 지방산과 결합하여 피부질환을 일으킬 수 있는 금속성 이물질을 생성할 수 있고. 가전 제품 내 열 교환기 또는 보일러 관 내벽에 스케일을 쉽게 형성하여 에너지 효율을 저하시킬 수 있다.
이에 따라 경수(hard water)인 수돗물을 연수화하는 기술들이 연구되고 있다.
경수를 연수화하는 기술로, 이온교환수지를 사용하여 경수를 연수화한 후 수명이 다한 이온교환수지에 고농도 화학액을 공급하여 재생하는 방법이 제안되었다. 그러나 이 방법은 사용자의 편의성이 떨어지고 고농도 화학액에 의해 환경 오염을 일으킬 수 있다. 따라서 간편하고 친환경적인 방법이 모색되고 있다.
한편, 물을 필터하는 시스템으로, 이온 교환막 및 이온 교환 수지를 사용하여 흡착 및 재생을 연속적(in-situ)으로 수행하는 방법이 제안되었다. 그러나 상기 시스템은 유입수 중에 제거하고자 하는 이온의 농도가 매우 낮은 경우에 한하여 효과적으로 적용할 수 있고, 유입수 중에 제거하고자 하는 이온의 농도가 높은 경우에는 연속적으로 작동하는데 한계가 있어서 적용하기 어렵다. 따라서 상기 시스템을 경수인 수돗물을 연수화하는데 그대로 적용하기 어렵다.
일 구현예는 유입수 중에 이온 농도가 높은 경우에 효과적으로 적용할 수 있는 필터 장치를 제공한다.
다른 구현예는 상기 필터 장치의 작동 방법을 제공한다.
일 구현예에 따르면, 서로 마주하는 양극과 음극, 상기 양극과 음극 사이에 배치되어 있는 한 쌍의 양이온 교환막, 상기 한 쌍의 양이온 교환막 사이에 위치하고 투입구로부터 배출구를 향하는 유로 방향을 따라 뻗어 있는 유로, 그리고 상기 유로에 채워져 있는 이온 교환체를 포함하고, 상기 유로는 상기 유로 방향을 따라 단면적당 유량이 증가하는 모양을 가지는 필터 장치를 제공한다.
상기 배출구 측의 상기 유로의 단면적은 상기 투입구 측의 상기 유로의 단면적보다 작을 수 있다.
상기 유로의 단면적은 상기 유로 방향을 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 작아질 수 있다.
상기 유로는 사다리꼴 모양, 종 모양, 탑 모양 중 어느 하나의 평면 모양을 가질 수 있다.
상기 유로는 상기 유로 방향을 따라 단면적이 작아지는 지그재그 평면 모양을 가질 수 있다.
상기 유로는 제1 유로 방향을 따라 뻗어 있는 제1 유로, 그리고 상기 제1 유로 방향과 다른 제2 유로 방향을 따라 뻗어 있는 제2 유로를 포함하고, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 단면적은 각각 상기 제1 유로 방향 및 상기 제2 유로 방향을 따라 작아질 수 있다.
상기 유로를 통해 유입수가 통과할 때 상기 이온교환체의 흡착 농도는 상기 유로 방향을 따라 실질적으로 균일할 수 있다.
상기 양극과 음극은 물 분해 반응을 유도할 수 있는 물질로 형성될 수 있다.
상기 유로 방향은 상기 양극과 상기 음극이 대향하는 방향과 수직일 수 있다.
상기 필터 장치는 경수를 연수화하는데 사용될 수 있다.
상기 필터 장치는 적어도 약 100 ppm 이상의 이온 농도를 가지는 유입수를 연수화하는데 사용될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상술한 필터 장치를 작동하는 방법으로, 제거하고자 하는 이온을 포함하는 유입수를 상기 유로에 상기 유로 방향을 따라 통과시켜 상기 이온 교환체에 상기 제거하고자 하는 이온을 흡착시키는 단계, 그리고 상기 양극과 음극에 전압을 인가하고 상기 양극과 상기 음극 사이에 물을 공급하여 상기 이온 교환체를 재생하는 단계를 포함하는 필터 장치의 작동 방법을 제공한다.
상기 양극과 음극에 인가하는 전압은 물 분해를 유도할 수 있는 전압일 수 있다.
상기 이온 교환체에 이온을 흡착시키는 단계와 상기 이온 교환체를 재생하는 단계는 2회 이상 반복적으로 수행할 수 있고, 상기 양극과 음극에 인가하는 전압의 극성은 매회마다 반전시킬 수 있다.
상기 유입수는 적어도 약 100 ppm 이상의 이온 농도를 가질 수 있다.
상기 유로 방향과 상기 전압이 인가되는 방향은 수직일 수 있다.
상기 이온 교환체에 이온을 흡착시키는 단계에서 상기 이온교환체의 흡착 농도는 상기 유로 방향을 따라 실질적으로 균일할 수 있다.
유로 방향을 따라 흡착 농도 구배를 줄임으로써 필터 장치의 전기 재생 효율을 높일 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 필터 장치를 도시한 개략도이고,
도 2는 일 구현예에 따른 필터 장치에 적용된 유로를 예시적으로 도시한 개략도이고,
도 3은 일 구현예에 따른 필터 장치에서 유로를 확대하여 도시한 개략도이고,
도 4는 도 3의 필터 장치에서 유로의 위치에 따른 흡착 농도를 보여주는 그래프이고,
도 5는 기존 필터 장치의 유로를 확대하여 도시한 개략도이고,
도 6은 도 5의 기존 필터 장치에서 유로의 위치에 따른 흡착 농도를 보여주는 그래프이고,
도 7 내지 도 10은 일 구현예에 따른 필터 장치에서 다양한 모양의 유로를 보여주는 개략도이고,
도 11은 실시예 및 비교예에 따라 제작된 필터 장치의 작동 전후의 오염물 제거율을 보여주는 그래프이고,
도 12는 실시예 및 비교예에 따라 제작된 필터 장치의 흡착 및 재생을 4회 수행한 경우의 매 사이클별 재생량을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하 도 1 및 도 2를 참고하여 일 구현예에 따른 필터 장치를 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 필터 장치를 도시한 개략도이고, 도 2는 일 구현예에 따른 필터 장치에 적용된 유로를 예시적으로 도시한 개략도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 필터 장치(10)는 서로 마주하는 양극(20)과 음극(30), 양극(20)과 음극(30) 사이에 배치되어 있는 한 쌍의 양이온 교환막(12, 14), 그리고 양이온 교환막(12, 14) 사이에 위치하는 유로(13)를 포함한다.
양극(20)과 음극(30)은 물 분해 반응을 유도할 수 있는 물질로 형성될 수 있으며, 예컨대 금속, 금속 산화물, 스텐레스 강, 유리질 카본, 흑연, 카본 블랙(carbon black) 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다.
상기 금속은 예컨대 백금(Pt), 티타늄(Ti), 루테늄(Ru), 은(Ag), 금(Au), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 바나듐(V), 철(Fe) 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 상기 금속 산화물은 예컨대 PtO2, IrO2, TiO2, CaTiO3, NaWO3, MnO2, RuO2, PbO2 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
양극(20)/음극(30)은 예컨대 Pt/Ti, IrO2/Ti, RuO2/Ti, PbO2/Ti 등일 수 있다.
양극(20)과 음극(30)은 위치가 서로 바뀔 수 있다.
양이온 교환막(12, 14)은 서로 대향하게 배치되어 있으며, 표면에 음 전하를 가지고 있어서 양이온을 선택적으로 투과시킬 수 있다.
유로(13)는 양이온 교환막(12, 14) 사이에 위치하며, 유입수가 공급되는 투입구로부터 처리수가 배출되는 배출구까지 뻗어 있다. 유입수는 상기 투입구로터 공급되어 유로(13)를 통과하면서 이온 교환에 의해 연수화되고 배출구로 배출될 수 있으며, 이하에서 유로(13)를 통해 유입수가 이동하는 방향, 즉 투입구에서 배출구를 향하는 방향을 ‘유로 방향’이라 한다.
유로(13)는 복수의 이온 교환체(13a)로 채워져 있다.
이온 교환체(13a)는 물 속에 존재하는 금속 이온, 준금속 이온 또는 염소 소독 부산물 등을 흡착할 수 있는 물질이면 한정되지 않으며, 예컨대 활성탄, 고비표면적 흑연(HSAG), 카본 나노튜브(CNT), 메조포러스 카본(mesoporous carbon), 활성탄소 섬유, 이온 교환수지, 제올라이트, 스멕타이트(smectite), 버미큘라이트(vermiculite), 산화철(iron oxide), 산화티타늄(titanium oxide), 산화알루미늄(aluminum oxide), 산화망간(manganese oxide), 산화이트륨(yttrium oxide), 산화몰리브덴(molybdenum oxide), 산화코발트(cobalt oxide), 산화니켈(nickel oxide), 산화구리(copper oxide), 산화아연(zinc oxide), 산화지르코늄(zirconium oxide), 산화루테늄(ruthenium oxide), 산화주석(tin oxide), 탄소(carbon), 이들의 합금 또는 혼합물을 들 수 있다.
유로(13)는 유로 방향을 따라 단면적당 유량이 많아지는 모양을 가질 수 있으며, 일 예로 도 2에 도시한 바와 같이, 배출구 측의 유로(13) 단면적이 투입구 측의 유로(13)의 단면적보다 작을 수 있으며 유로 방향을 따라 유로의 단면적이 작아질 수 있다.
이와 같이 유로 방향을 따라 단면적당 유량이 증가하는 모양을 가짐으로써 유로(13)에 채워져 있는 이온 교환체(13a)는 유로(13) 내의 위치에 관계없이 실질적으로 균일한 흡착 농도를 가질 수 있다. 이에 따라 양극(20)과 음극(30)에 전압이 인가되었을 때 유로(13)의 위치에 관계없이 균일한 재생 성능을 나타낼 수 있고, 결과적으로 전기 재생 효율을 높일 수 있다.
상기 흡착 농도 및 전기 재생 효율에 대해서는 이하 필터 장치의 작동 방법에서 보다 상세히 설명한다.
이하 상술한 재생 장치의 작동 방법에 대하여 도 3 및 도 4를 도 1과 함께 참고하여 설명한다.
도 3은 일 구현예에 따른 필터 장치에서 유로를 확대하여 도시한 개략도이고, 도 4는 도 3의 필터 장치에서 유로의 위치에 따른 흡착 농도를 보여주는 그래프이다.
일 구현예에 따른 상기 필터 장치의 작동 방법은 유로(13)에 제거하고자 하는 이온(이하 ‘오염물’이라 한다)을 포함하는 유입수를 통과시켜 유로(13)에 채워져 있는 이온 교환체(13a)에 상기 오염물을 흡착하는 단계, 그리고 양극(20)과 음극(30)에 전압을 인가하고 양극(20)과 음극(30) 사이에 물을 공급하여 이온 교환체(13a)를 재생하는 단계를 포함한다.
먼저 흡착 단계를 살펴본다.
필터 장치에 전압이 인가되지 않은 상태에서 유로(13)의 투입구를 통해 유입수를 공급하면, 유로(13)에 채워져 있는 이온 교환체(13a)에 의해 유입수의 오염물이 흡착되고 오염물이 제거된 처리수는 배출구로 배출된다.
이 때 흡착은 유로 방향(y 방향)을 따라 이루어지므로, 투입구에 가깝게 위치한 이온 교환체(13a)부터 흡착이 이루어진다. 따라서 투입구에 가깝게 위치한 이온 교환체(13a)는 오염물의 농도가 높은 유입수와 접촉하는 반면 투입구로부터 멀리 위치한 이온 교환체(13a)는 상대적으로 오염물의 농도가 적은 유입수와 접촉한다.
한편, 본 구현예는 전술한 바와 같이, 유로 방향을 따라 단면적당 유량이 증가하는 모양을 가짐으로써, 투입구에 가깝게 위치한 이온 교환체(13a)는 단면적당 접촉하는 유입수의 유량이 적은 반면 투입구로부터 멀리 위치한 이온 교환체(13a)는 단면적당 접촉하는 유입수의 유량이 많다.
따라서, 투입구에 가깝게 위치한 이온 교환체(13a)는 오염물의 농도가 높은 유입수와 적은 유량으로 접촉하는 반면, 투입구로부터 멀리 위치한 이온 교환체(13a)는 오염물의 농도가 상대적으로 낮은 유입수와 많은 유량으로 접촉하게 되어, 결과적으로 유로(13)에 채워져 있는 이온 교환체(13a)는 위치에 관계 없이 실질적으로 균일한 흡착 농도를 가질 수 있다.
다음, 이온 교환체(13a)의 재생 단계를 살펴본다.
재생 단계는 상기 흡착 단계에서 이온 교환체(13a)에 흡착된 오염물을 제거하는 단계이다. 양극과 음극에 물 분해를 유도할 수 있는 전압을 인가하여 물을 전기 분해하면, 양극(20) 및 음극(30)에서 생성된 H+ 와 OH-는 다음과 같은 반응에 의해 이온 교환체(13a)로부터 오염물을 제거할 수 있다.
[반응식]
양극: 2H2O
Figure 112011102379547-pat00001
O2 + 4H+ + 4e-
이온교환체: RM + H+
Figure 112011102379547-pat00002
RH + M+
음극: 2H2O + 2e-
Figure 112011102379547-pat00003
H2 + 2OH-
즉, 양극에서 생성된 H+가 양이온 교환막(12)을 통과하여 이온 교환체(13a)로부터 오염물(M+)을 제거하고 음극에서 생성된 OH-는 양이온 교환막(14)을 통과하지 못하고 양이온 교환막(14)을 통과한 H+와 중화되어 재생이 유지될 수 있다.
한편, 유로 방향(y 방향)과 수직(z 방향)하게 배치되어 있는 양극(20)과 음극(30)에 전압을 인가하면, 양극(20)과 음극(30)의 면방향을 따라 재생이 이루어진다.
전술한 바와 같이 본 구현예에 따른 필터 장치는 이온 교환체(13a)의 흡착 농도가 유로(13) 내의 위치에 관계없이 실질적으로 균일하므로, 유로(13) 전체적으로 실질적으로 균일한 재생 성능을 보일 수 있고, 이에 따라 전기 재생 효율을 높일 수 있다. 여기서 전기 재생 효율은 인가된 전류에 대한 재생 성능을 나타내는 것이며, 상기 전류는 흡착 농도가 가장 높은 위치를 기준으로 유로(13) 전체에 동일하게 인가되므로 유로(13) 내의 위치에 관계없이 실질적으로 균일한 재생 성능을 나타내는 경우 전기 재생 효율을 높일 수 있다.
이와 같은 흡착 및 재생은 2회 이상 반복적으로 수행할 수 있으며, 상술한 흡착 및 재생 패턴은 동일하게 유지될 수 있다. 이 때 재생 단계에서 양극과 음극에 인가하는 전류의 극성은 매회마다 반전시킬 수 있고, 이에 따라 전극 표면에 스케일이나 유기물의 오염이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
반면, 기존 필터 장치의 흡착 및 재생에 대하여 상술한 본 구현예와 대비적으로 살펴본다.
도 5는 기존 필터 장치의 유로를 확대하여 도시한 개략도이고, 도 6은 도 5의 기존 필터 장치에서 유로의 위치에 따른 흡착 농도를 보여주는 그래프이다.
도 5에서는 유로 방향을 따라 동일한 단면적을 가지는 지그재그 모양의 유로를 예로 들었다.
먼저 흡착 단계를 살펴본다.
필터 장치에 전압이 인가되지 않은 상태에서 유로(13')의 투입구를 통해 유입수를 공급하면, 유로(13')에 채워져 있는 이온 교환체(13a')에 의해 유입수의 오염물이 흡착되고 오염물이 제거된 처리수는 배출구로 배출된다.
이 때 도 5에 도시된 유로는 유로 방향을 따라 동일한 단면적을 가지므로 단면적당 유량이 동일하다.
이 때 흡착은 유로 방향(x 및 y 방향)을 따라 이루어지므로, 도 6에 도시한 바와 같이, 투입구에 가깝게 위치한 이온 교환체(13a)는 오염물의 흡착 농도가 높은 반면, 투입구로부터 멀리 위치한, 즉 배출구에 가깝게 위치한 이온 교환체(13a)는 흡착 농도가 낮다. 즉, 유로 방향을 따라 이온 교환체(13a)의 흡착 농도 구배가 형성할 수 있다.
그 다음, 이온 교환체(13a)의 재생 단계를 살펴본다.
유로 방향과 수직(z방향)하게 배치되어 있는 양극과 음극(도시하지 않음)에 전류를 인가하면, 양극과 음극의 면방향(재생방향)을 따라 재생이 이루어진다. 이 때 재생은 유로(13)의 모든 위치에서 동일하게 이루어지며, 이 때 인가되는 전류는 흡착 농도가 가장 높은 위치를 기준으로 설정된다. 이 때 전술한 바와 같이 투입구에 가깝게 위치한 이온 교환체(13a)는 오염물의 흡착 농도가 높고 투입구로부터 멀리 위치한 이온 교환체(13a)는 흡착 농도가 낮으므로, 동일한 전류 인가시 투입구 측은 전기 재생 효율이 높고 배출구 측은 전기 재생 효율이 낮다. 따라서 기존 필터 장치는 상술한 본 구현예에 따른 필터 장치와 비교하여 전기 재생 효율이 떨어질 수 있다.
전술한 본 구현예에 따른 유로(13)는 유로 방향을 따라 단면적당 유량이 증가하는 모양이면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 유로 방향을 따라 유로(13)의 단면적이 연속적으로 또는 불연속적으로 작아질 수 있다.
도 7 내지 도 10은 일 구현예에 따른 필터 장치에서 다양한 모양의 유로를 보여주는 개략도이다.
도 7을 참고하면, 유로(13)는 단면적이 일 측에서 타 측으로 갈수록 작아지는 종 모양의 평면 모양을 가질 수 있으며, 여기서 일 측이 투입구 측이고 타 측이 배출구 측일 수 있다.
도 8을 참고하면, 유로(13)는 단면적이 일 측에서 타 측으로 갈수록 작아지는 탑 모양의 평면 모양을 가질 수 있으며, 여기서 일 측이 투입구 측이고 타 측이 배출구 측일 수 있다.
도 9를 참고하면, 유로(13)는 유로 방향을 따라 단면적이 작아지는 지그재그 평면 모양을 가질 수 있다.
도 10을 참고하면, 유로(13)는 제1 유로 방향(유로방향A)을 따라 뻗어 있는 제1 유로(13A)와 제2 유로 방향(유로방향B)을 따라 뻗어 있는 제2 유로(13B)를 포함하고, 제1 유로(13A)와 제2 유로(13B)의 단면적은 각각 유로 방향을 따라 작아질 수 있다. 제1 유로(13A)와 제2 유로(13B)는 대칭 배치되어 있을 수 있으며, 이에 따라 낭비되는 공간 없이 공간 효율성을 높일 수 있다.
상술한 필터 장치는 경수를 연수화하는데 사용될 수 있으며, 적어도 약 100 ppm 이상의 높은 이온 농도를 가지는 유입수를 연수화하는데 유용하게 사용될 수 있다.
이하 실험예를 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실험예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
필터 장치의 제작
도 3과 같은 유로를 가진 이온 교환부를 구비한 필터 장치(비교예)와 도 4와 같은 유로를 가지는 이온 교환부를 구비한 필터 장치(실시예)를 표 1에 따른 조건에 따라 제작하였다.
이온교환체 CMP28 (Iontech)
이온교환체 용량 2.2eq/L
이온교환체 함량 8mL
이온교환막 Neosepta CMX (Tokuyama, Japan)
전극 Ti/Pt plate
유입수 전도도 ~ 650 μS/cm
처리수 전도도 ~ 1750 μS/cm
필터 장치의 작동
제1 단계: 흡착
필터 장치의 작동은 상온에서 진행하였고, 증류수에 CaCl2
Figure 112011102379547-pat00004
H2O, MgCl2
Figure 112011102379547-pat00005
H2O, NaHCO3를 용해하여 CaCO3 기준으로 250ppm의 농도가 되도록 유입수를 준비한다. 실시예 및 비교예에 따라 제작된 필터 장치의 이온 교환부에 상기 유입수를 110mL/min 의 유속으로 10분 동안 공급한다.
제2 단계: 전기 재생
필터 장치에 0.1M H2SO4 용액을 5mL/min의 유속으로 공급하면서 전극에 20분간 680mA 또는 -680mA의 전류를 인가한다.
제3 단계: 흡착/전기 재생 반복
상기 흡착 및 전기 재생을 4회 반복한다. 매회 전극의 극성을 반전한다.
평가 1
실시예 및 비교예에 따라 제작된 필터 장치를 작동한 후 처리수 중에 남아있는 오염물 (Ca2 +, Mg2 +)의 농도를 측정하고 이를 유입수 중의 농도와 비교하여 오염물 제거율(%)을 평가한다.
그 결과는 도 11과 같다.
도 11은 실시예 및 비교예에 따라 제작된 필터 장치의 작동 전후의 오염물 제거율을 보여주는 그래프이다.
도 11을 참고하면, 실시예에 따라 제작된 필터 장치는 1-4회 흡착 및 전기 재생을 수행하는 동안 비교예에 따라 제작된 필터 장치와 마찬가지로 약 90% 정도의 오염물 제거율을 나타내는 것을 알 수 있다.
이로부터 필터 장치의 유로를 변형하여도 오염물 제거 성능에는 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다.
평가 2
실시예 및 비교예에 따라 제작된 필터 장치의 재생량을 평가한다.
재생량 평가는 재생시 이온 교환부로부터 이온교환막과 전극 사이로 공급하는 0.1M H2SO4 용액으로 배출되는 오염물의 농도를 측정하여 수행할 수 있다.
그 결과는 도 12와 같다.
도 12는 실시예 및 비교예에 따라 제작된 필터 장치의 흡착 및 재생을 4회 수행한 경우의 매 사이클별 재생량을 보여주는 그래프이다.
도 12를 참고하면, 실시예에 따라 제작된 필터 장치는 매 사이클마다 균일한 재생량이 유지되는 반면 비교예에 따라 제작된 필터 장치는 초기 사이클일수록 재생량이 낮은 것을 알 수 있다. 이러한 결과는, 비교예에 따라 제작된 필터 장치는 초기 사이클에서 투입구 근처의 이온 교환체만 주로 포화되어 재생 효율이 낮게 나타난 반면 실시예에 따라 제작된 필터 장치는 이온 교환체가 유로 내의 위치에 관계없이 실질적으로 균일한 흡착 농도를 나타냄으로써 전체적으로 재생 효율이 높게 나타나는 것으로 생각된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
10: 필터 장치 13, 13': 유로
13a, 13a': 이온 교환체
13A: 제1 유로 13B: 제2 유로
14: 음극 20: 양극
30: 음극

Claims (18)

  1. 서로 마주하는 양극과 음극,
    상기 양극과 음극 사이에 배치되어 있는 한 쌍의 양이온 교환막,
    상기 한 쌍의 양이온 교환막 사이에 위치하고 투입구로부터 배출구를 향하는 유로 방향을 따라 뻗어 있는 유로, 그리고
    상기 유로에 채워져 있는 이온 교환체
    를 포함하고,
    상기 유로의 단면적은 상기 투입구로부터 상기 배출구까지 상기 유로 방향을 따라 연속적으로 작아지고,
    상기 유로는 상기 투입구로부터 상기 배출구까지 상기 유로 방향을 따라 단면적당 유량이 연속적으로 증가하는 모양을 가지고,
    상기 투입구 측에 채워져 있는 상기 이온 교환체와 상기 배출구 측에 채워져 있는 상기 이온 교환체는 입자 크기가 동일하고,
    상기 유로를 통해 유입수가 통과할 때 상기 이온 교환체의 흡착 농도는 상기 유로 방향을 따라 균일한 필터 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 배출구 측의 상기 유로의 단면적은 상기 투입구 측의 상기 유로의 단면적보다 작은 필터 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 유로는 사다리꼴 모양, 종 모양, 탑 모양 중 어느 하나의 평면 모양을 가지는 필터 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 유로는 상기 유로 방향을 따라 단면적이 작아지는 지그재그 평면 모양을 가지는 필터 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 유로는
    제1 유로 방향을 따라 뻗어 있는 제1 유로, 그리고
    상기 제1 유로 방향과 다른 제2 유로 방향을 따라 뻗어 있는 제2 유로
    를 포함하고,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 단면적은 각각 상기 제1 유로 방향 및 상기 제2 유로 방향을 따라 작아지는
    필터 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에서,
    상기 양극과 음극은 물 분해 반응을 유도할 수 있는 물질로 형성되어 있는 필터 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 유로 방향은 상기 양극과 상기 음극이 대향하는 방향과 수직인 필터 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 필터 장치는 경수를 연수화하는데 사용되는 필터 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 필터 장치는 적어도 100 ppm 이상의 이온 농도를 가지는 유입수를 연수화하는데 사용되는 필터 장치.
  12. 제1항에 따른 필터 장치를 작동하는 방법으로,
    제거하고자 하는 이온을 포함하는 유입수를 상기 유로의 상기 유로 방향을 따라 통과시켜 상기 이온 교환체에 상기 제거하고자 하는 이온을 흡착시키는 단계, 그리고
    상기 양극과 음극에 전류를 인가하고 상기 양극과 상기 음극 사이에 물을 공급하여 상기 이온 교환체를 재생하는 단계
    를 포함하는 필터 장치의 작동 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 양극과 음극에 인가하는 전류는 물 분해를 유도할 수 있는 전류인 필터 장치의 작동 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 이온 교환체에 이온을 흡착시키는 단계와 상기 이온 교환체를 재생하는 단계는 2회 이상 반복적으로 수행하고,
    상기 양극과 음극에 인가하는 전류의 극성은 매회마다 반전시키는 필터 장치의 작동 방법.
  15. 제12항에서,
    상기 유입수는 적어도 100 ppm 이상의 이온 농도를 가지는 필터 장치의 작동 방법.
  16. 제12항에서,
    상기 유로 방향과 상기 전류가 인가되는 방향은 수직인 필터 장치의 작동 방법.
  17. 제12항에서,
    상기 이온 교환체에 이온을 흡착시키는 단계에서
    상기 이온교환체의 흡착 농도는 상기 유로 방향을 따라 균일한 필터 장치의 작동 방법.


  18. 삭제
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