KR101942477B1 - 이온교환수지 교체시기 판단 기능을 갖는 연수기 - Google Patents

이온교환수지 교체시기 판단 기능을 갖는 연수기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온교환수지가 내장되는 연수 탱크; 상기 연수 탱크에 원수를 공급하는 원수 입수 관로 상에 배치되는 원수 조절 밸브; 상기 연수 탱크로부터의 연수를 유동하게 하는 연수 배출 관로 상에 배치되는 연수 조절 밸브; 및 상기 원수 입수 관로 및 상기 연수 배출 관로에서부터 각각 원수 및 연수 중의 나트륨 이온 농도를 센싱하는 나트륨 센싱 모듈;을 포함하고, 상기 나트륨 센싱 모듈에서 측정된 나트륨 이온 농도값을 토대로 상기 이온교환수지의 교체주기를 확인하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 연수 탱크의 입수유로 및 출수유로를 유동하는 원수 및 연수로부터의 나트륨 이온량을 나트륨 센싱 모듈을 통해 측정한 후 나트륨 이온의 농도 비교를 통해 연수통 내에 배치된 이온교환수지의 수명을 예측할 수 있다.

Description

이온교환수지 교체시기 판단 기능을 갖는 연수기{Softener having the function fo deciding the replacement time of ion exchange resin}
본 발명은 이온교환수지 교체시기 판단 기능을 갖는 연수기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 연수통의 입수유로 및 출수유로에 각각 나트륨 센싱 모듈을 배치하고, 상기 나트륨 센싱 모듈을 통해 측정된 수중의 나트륨 이온의 농도 비교를 통해 연수통 내에 배치된 이온교환수지의 수명을 예측할 수 있는 이온교환수지 교체시기 판단 기능을 갖는 연수기 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수돗물(경수)에는 정화과정에서 사용된 다량의 염소성분이 포함되어 있으며, 노후 된 관, 수질오염 등으로 인해 인체에 해로운 철, 아연, 납, 수은 등 각종 중금속(이온)도 함유되어 있다. 이와 같은 수돗물은 인체에 치명적이지는 않지만 피부를 세척할 때 그대로 사용하게 되면 물속에 포함된 금속이온과 비누의 지방산이 결합하여 금속성 이물질을 만들게 되고, 이러한 금속성 이물질이 피부에 접촉하여 알레르기와 같은 각종 피부질환을 일으키거나 피부의 노화를 촉진시키게 된다.
따라서, 이를 방지하기 위해 수돗물을 Na+ 강산성 양이온교환수지에 통과시켜 경도 성분인 Ca2 + 와 Mg2 + 을 수지 중의 Na+ 와 교환하여 단물인 연수(soft water)로 만드는 연수기가 개발되어 주로 세정용으로 이용되고 있다.
연수기는 경수에 함유된 칼슘이온과 마그네슘이온을 나트륨이온(Na+)으로 치환시켜 부드럽게 하는 원리를 갖는데, 이를 위해 나트륨이온이 함유된 특수고분자화합물의 이온교환수지가 내장된 연수통을 필수적인 구성요소로 포함하게 된다.
한편, 상기와 같이 연수기를 이용하여 경수를 연수화하는 과정에서 일정 용량 이상이 연수통 내의 이온교환수지를 거쳐가게 되면 상기 이온교환수지의 나트륨 이온 함량이 저하되어 연수를 안정적으로 행하는 데에 문제가 발생할 수 있게 된다. 이런 경우에는 이온교환수지 카트리지를 교체하거나 재생수를 공급하여 재생하는 방법이 있을 수 있다. 일반적으로 시중에서 사용되는 연수기는 이온교환수지 카트리지를 적정시기에 교체하는 과정을 통해서 연수기의 성능을 유지하게 하는데 종래에는 사용시기에 따라 교체시기를 산정하거나 연수된 물에 잔존하는 전체적인 TDS(Total Desolved Solids)를 측정하는 과정을 통해 교체시기를 판단하는 방법을 적용한다.
종래의 연수농도 특정장치를 구비한 연수기로서, 국내등록특허 제10-0696829호를 예로 들 수 있다.
그러나, 상기 등록특허에 개시된 연수기를 실재로 사용할 경우 다음과 같은 문제점이 발생한다.
상기의 종래 기술에서는 연수된 물에 용해된 고형 물질의 양을 측정하게 되는데, 이는 원수 및 연수의 나노 필터 멤브레인 유니트 통과 전후의 TDS 값을 측정하고, 나노 필터 멤브레인 유니트가 이온을 제거하는 비율을 비교한 후 연수의 농도를 측정하는 방법을 통해 이온교환수지의 수명을 간접적으로 측정하기 위한 것이다. 즉, 원수 및 연수 상에 잔존하는 이온의 함량을 직접 측정함으로써 어느 정도의 이온이 이온교환수지로부터 제거되었는지는 판단할 수 없다는 한계가 있다.
한국등록특허 제10-0696829
이에, 본 발명은 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하여, 연수통의 입수유로 및 출수유로에 각각 배치된 나트륨 센싱 모듈을 통해 측정된 수중의 나트륨 이온의 농도 비교를 통해 연수통 내에 배치된 이온교환수지의 수명을 직접적으로 예측할 수 있는 연수기를 제공하고자 한다.
상기 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이온교환수지가 내장되는 연수 탱크; 상기 연수 탱크에 원수를 공급하는 원수 입수 관로 상에 배치되는 원수 조절 밸브; 상기 연수 탱크로부터의 연수를 유동하게 하는 연수 배출 관로 상에 배치되는 연수 조절 밸브; 및 상기 원수 입수 관로 및 상기 연수 배출 관로에서부터 각각 원수 및 연수 중의 나트륨 이온 농도를 센싱하는 나트륨 센싱 모듈;을 포함하고, 상기 나트륨 센싱 모듈에서 측정된 나트륨 이온 농도값을 토대로 상기 이온교환수지의 교체주기를 확인하는 것을 특징으로 한다.
상기 나트륨 센싱 모듈은, 상기 원수 입수 관로 상에 배치되는 제 1 나트륨 센싱 모듈 및 상기 연수 배출 관로 상에 배치되는 제 2 나트륨 센싱 모듈을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 제 1,2 나트륨 센싱 모듈은 각각 기준 전극 및 탐지 전극을 구비하며, 상기 기준 전극은 SUS, 백금, 구리, 금, 은으로 이루어진 그룹 중 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 탐지 전극은 Calix[4] Aren, PVC, THF, DOA 로 이루어진 그룹 중 어느 하나 이상을 중합하여 제조되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 연수기는, 상기 원수 입수 관로와 상기 연수 배출 관로를 연통하게 하는 중간 관로 상에 배치되는 순환 밸브;를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 연수기는, 상기 원수 입수 관로와 상기 연수 배출 관로 사이의 모세 관로 상에 배치되는 제 3 나트륨 센싱 모듈을 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 제 3 나트륨 센싱 모듈은 중공의 케이싱, 상기 케이싱을 원수 입수 챔버와 연수 입수 챔버로 분리하는 이온교환망, 상기 원수 입수 챔버에 위치하는 제 1 탐지 전극, 및 상기 연수 입수 챔버에 위치하는 제 2 탐지 전극을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명인 이온교환수지 교체시기 판단 기능을 갖는 연수기는 연수 탱크의 입수유로 및 출수유로를 유동하는 원수 및 연수로부터의 나트륨 이온량을 나트륨 센싱 모듈을 통해 측정한 후 나트륨 이온의 농도 비교를 통해 연수통 내에 배치된 이온교환수지의 수명을 예측할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이온교환수지 교체시기 판단 기능을 갖는 연수기의 제 1 실시예에 따른 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 연수기의 제 2 실시예에 따른 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 연수기의 구성요소들 간의 관계를 나타낸 블럭도,
도 4는 연수탱크로의 누적 통수량에 따른 연수 및 연수수의 나트륨 이온 센싱값을 나타낸 표, 및
도 5는 도 4의 표에 대한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 연수기(100)의 전체적인 구조를 도시한다.
제 1 실시예로서의 연수기(100)는 이온교환수지가 내장되는 연수 탱크(10), 연수 탱크(10)로 원수를 공급하는 원수 챔버(7), 연수 탱크(10)와 원수 챔버(7) 사이를 연결하는 원수 입수 관로(2) 상에 배치되는 원수 조절 밸브(30), 연수 탱크(10)와 샤워 수단(8) 사이를 연결하는 연수 배출 관로(3) 상에 배치되는 연수 조절 밸브(40), 원수 입수 관로(2)와 연수 배출 관로(3)를 연통하게 하는 중간 관로(4) 상에 배치되는 순환 밸브(50), 원수 입수 관로(2) 상에 배치되는 제 1 나트륨 센싱 모듈(60), 및 연수 배출 관로(3) 상에 배치되는 제 2 나트륨 센싱 모듈(70)을 포함한다. 연수기는 원수 챔버(7)와 순환 밸브(50) 사이를 연결하는 순환 관로(6)를 더 포함할 수 있다.
원수 챔버(7)는 벽면에 내장된 수도 배관(1)으로부터 경수를 공급받아 저장하고 이를 연수 탱크(10)로 공급하는 기능을 한다. 한편, 원수 챔버(7)는 순환 관로(6)를 통해 되돌아오는 원수를 받아 다시 저장하는 기능도 수행한다. 다른 실시예로서, 순환 관로(6)는 원수 챔버(7)에 연결되지 않고 바로 하수도 드레인으로 연결되어 제 1 나트륨 센싱 모듈(60)에 의한 센싱이 이루어진 경수를 바로 배출할 수 있게 한다.
제 1 나트륨 센싱 모듈(60)은 원수 입수 관로(3)의 영역 중 원수 조절 밸브(30)와 원수 챔버(7)의 사이 영역에 배치된다. 제 1 나트륨 센싱 모듈(60)은 기준 전극(61) 및 탐지 전극(62)을 구비한다. 구체적으로는, 기준 전극(61)에서 감지하는 저항과 탐지 전극(62)에서 나트륨 이온을 디텍팅하는 과정에서 발생하는 저항값을 비교함으로써 나트륨 이온의 잔존 비율을 측정할 수 있게 된다.
상기 제 1 나트륨 센싱 모듈(60)의 기준 전극(61)과 탐지 전극(62)의 구성재료를 보면 다음과 같다.
먼저, 기준 전극(61)은 SUS, 백금, 구리, 금, 은으로 이루어진 그룹 중 어느 하나 이상으로 제조 가능하다.
다음으로는, 탐지 전극(62)은 Calix[4] Aren(칼릭스 아렌), PVC(폴리바이닐 클로라이드), THF(솔벤트, Tetrahydrofurum), DOA(아라트산 다이옥틸,가소제) 등으로 이루어진 그룹 중 어느 하나 이상을 특정한 혼합 비율로 중합(polymerization)하여 전극을 제조할 수 있다.
제 2 나트륨 센싱 모듈(70)은 연수 배출 관로(4)의 영역 중 원수 조절 밸브(40)와 샤워수단(8)의 사이 영역에 배치된다. 상기 제 2 나트륨 센싱 모듈(70)의 경우도 제 1 나트륨 센싱 모듈(60)과 동일한 원리로 측정할 수 있다. 제 2 나트륨 센싱 모듈(70의 기준 전극(71)과 탐지 전극(72)의 경우도 제 1 나트륨 센싱 모듈(60)과 동일한 원리로 설명할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면 제어부(80)에 나트륨 센싱 모듈(60,70), 밸브(30,40,50), 및 원수 챔버(7)가 전기적으로 접속되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 나트륨 센싱 모듈(60,70)에서 측정된 나트륨 이온값을 상호 비교한 후 이를 통해 연수 탱크(10)의 이온교환수지의 교체시기를 가늠할 수 있다.
이하, 도 1 및 도 3을 참조하여 원수 및 연수의 유동 과정을 구체적으로 설명한다.
먼저, 제 1 나트륨 센싱 모듈(60)을 통해 원수 챔버(7)로부터 유입되는 원수의 이온 농도를 측정하는 제 1 모드를 진행한다. 상기 제 1 모드에서는 원수 조절 밸브(30)는 원수 입수 관로(2)와 중간 관로(4)를 통해 원수를 흐르게 하고, 순환 밸브(50)는 중간 관로(4) 상의 원수를 순환 관로(6)로 흐르게 한다.
상기 제 1 모드에서의 전체적인 원수의 유동 방향은 도 1의 A와 같은 유동 사이클을 형성하는 것을 알 수 있다.
다음으로, 제 2 나트륨 센싱 모듈(70)을 통해 연수 탱크(10)로부터 연수 배출 관로(3)로 출수되는 연수의 이온 농도를 측정하는 제 2 모드를 진행한다. 상기 제 2 모드에서는 원수 조절 밸브(30)는 중간 관로(4)로의 유동을 차단하고 원수 챔버(7)로부터 연수 탱크(10)로 유입하게 한다. 그리고, 연수 탱크(10)로부터 연수가 연수 배출 관로(3)를 통해 샤워 수단(8)으로 유동할 수 있도록 연수 조절 밸브(40)는 중간 관로(4)로의 유동을 차단한다.
상기 제 2 모드에서의 전체적인 유동 방향은 도 1의 B와 같은 유동 사이클을 형성하는 것을 알 수 있다.
다음으로는 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따라 제 1,2 나트륨 센싱 모듈(60,70)에서 측정된 나트륨 이온 농도 변화를 이용해 이온교환수지의 수명을 판단하는 과정을 실험예를 통해 설명한다.
도 4에서 2열의 원수는 제 1 나트륨 센싱 모듈(60)에서 측정된 나트륨 이온 농도를 나타내는 것이고, 3열의 연수수는 제 2 나트륨 센싱 모듈(70)에서 측정된 나트륨 이온 농도를 나타내는 것으로서 공히 그 단위는 ppm이다. 도 4의 표에서 2행에서는 아직 연수과정이 이루어지지 않는 것을 나타내는 것으로서 제 1 모드에서 제 1 나트륨 센싱 모듈(60)에 의해서만 센싱이 이루어지는 것을 나타낸다. 즉, 원수의 나트륨 이온 농도는 0.9ppm 인 것을 알 수 있다.
3행부터는 실제 연수 과정이 이루어지는 것으로서 누적 통수량이 증가할수록 연수수의 나트륨 이온 농도가 감소하게 된다. 이는 이온교환수지의 이온 교환 기능이 점점 약화된다는 것을 보이는 것으로서 통수량이 2960L에 이르러서는 원수와 연수수의 나트륨 이온 농도가 동일한 상태가 되어 이온교환수지의 기능을 상실하게 되는 것을 알 수 있다.
상기의 내용으로부터 제어부(80)는 제 1,2 나트륨 센싱 모듈(60,70)에서 측정된 나트륨 이온 농도 차이가 기 설정된 기준값에 미달하는 경우에는 경고를 발생하게 하거나 연수기의 작동을 중지하게 함으로써 이온교환수지의 교환 시점을 알리게 된다.
이하, 도 2를 참조하여 제 2 실시예로서의 연수기(100')에 대해 설명한다.
연수기(100')는 이온교환수지가 내장되는 연수 탱크(10), 연수 탱크(10)로 원수를 공급하는 원수 챔버(7), 연수 탱크(10)와 원수 챔버(7) 사이를 연결하는 원수 입수 관로(2) 상에 배치되는 원수 조절 밸브(30), 연수 탱크(10)와 샤워 수단(8) 사이를 연결하는 연수 배출 관로(3) 상에 배치되는 연수 조절 밸브(40), 원수 입수 관로(2)와 연수 배출 관로(3) 사이의 모세 관로(5) 상에 배치되는 제 3 나트륨 센싱 모듈(80)을 포함한다.
제 3 나트륨 센싱 모듈(80)은 중공의 케이싱(86), 상기 케이싱(86)을 원수 입수 챔버(83)와 연수 입수 챔버(84)의 2 공간으로 분리하는 이온교환망(85), 원수 입수 챔버(83)에 위치하는 제 1 탐지 전극(81), 및 연수 입수 챔버(84)에 위치하는 제 2 탐지 전극(82)을 포함한다.
상기 연수기(100')의 작동 원리를 살피면 다음과 같다.
먼저, 원수 조절 밸브(30)와 연수 조절 밸브(40)를 조정하여 원수 챔버(7)로부터의 원수가 원수 입수 관로(2), 연수 탱크(10) 및 연수 배출 관로(3)를 통해 연속적으로 흐르게 함으로써 연수과정을 진행한다.
상기의 연수과정 진행 중에 제어부는 원수 조절 밸브(30)와 연수 조절 밸브(40)의 on/off 동작을 제어하여 모세 관로(5)를 통해 원수 및 연수를 케이싱(86) 내로 유입하게 한다. 즉, 원수 입수 관로(2)를 유동하는 원수 중의 일정량이 원수 조절 밸브(30)의 개폐 작용에 의해서 모세 관로(5)를 따라 원수 입수 챔버(83)로 유입되고, 연수 배출 관로(3)를 유동하는 원수 중의 일정량이 연수 조절 밸브(40)의 개폐 작용에 의해서 모세 관로(5)를 따라 연수 입수 챔버(84)로 유입된다.
제 3 나트륨 센싱 모듈(80)로 유입된 원수와 연수는 이온교환망(85)을 통해 중성화가 이루어지는 과정 중에서 제 1 탐지 전극(81)과 제 2 탐지 전극(82)에 의해 센싱이 이루어진다. 구체적으로는, 케이싱(86)에 유입되는 원수와 연수는 탐지 전극(81,82)에 의해 최초 센싱이 이루어지고, 소정 시간 경과후 중성화가 이루어진 후 센싱이 이루어짐으로써 나트륨 이온 함량의 변화를 측정하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 수도 배관
2 : 원수 입수 관로
3 : 연수 배출 관로
4 : 중간 관로
5 : 모세 관로
6 : 순환 관로
7 : 원수 챔버
10 : 연수 탱크
30 : 원수 조절 밸브
40 : 연수 조절 밸브
50 : 순환 밸브
60 : 제 1 나트륨 센싱 모듈
61,71 : 기준 전극
62,72 : 탐지 전극
70 : 제 2 나트륨 센싱 모듈
80 : 제 3 나트륨 센싱 모듈
81 : 제 1 탐지 전극
82 : 제 2 탐지 전극
83 : 원수 입수 챔버
84 : 연수 입수 챔버
85 : 이온교환망
86 : 케이싱

Claims (6)

  1. 이온교환수지가 내장되는 연수 탱크;
    수도 배관으로부터 경수를 공급받아 저장하고, 상기 연수 탱크로 공급하는 원수 챔버;
    상기 연수 탱크에 원수를 공급하는 원수 입수 관로 상에 배치되는 원수 조절 밸브;
    상기 연수 탱크로부터의 연수를 유동하게 하는 연수 배출 관로 상에 배치되는 연수 조절 밸브;
    상기 원수 입수 관로와 상기 연수 배출 관로를 연통하게 하는 중간 관로 상에 배치되는 순환 밸브;
    상기 원수 챔버와 상기 순환 밸브 사이를 연결하는 순환 관로; 및
    상기 원수 입수 관로 및 상기 연수 배출 관로에서부터 각각 원수 및 연수 중의 나트륨 이온 농도를 센싱하는 나트륨 센싱 모듈; 을 포함하고,
    상기 나트륨 센싱 모듈에서 측정된 나트륨 이온 농도값의 비교를 토대로 상기 이온교환수지의 교체주기를 확인하며,
    상기 나트륨 센싱 모듈은,
    상기 원수 입수 관로 상에 배치되는 제 1 나트륨 센싱 모듈 및 상기 연수 배출 관로 상에 배치되는 제 2 나트륨 센싱 모듈을 포함하고,
    상기 제 1 나트륨 센싱 모듈은,
    상기 원수 챔버로부터 유입되는 원수의 이온 농도를 측정하는 제 1 모드를 수행하되,
    상기 제 1 모드에서는 상기 원수 조절 밸브가 상기 원수 입수 관로와 상기 중간 관로를 통해 원수를 유동시키며, 상기 순환밸브는 중간 관로 상의 원수를 상기 순환 관로로 유동시키고,
    상기 제 2 나트륨 센싱 모듈은,
    상기 연수 탱크로부터 상기 연수 배출 관로로 출수되는 연수의 이온 농도를 측정하는 제 2 모드를 수행하되,
    상기 제 2 모드에서는 상기 원수 조절 밸브가 상기 중간 관로로의 유동을 차단하여 상기 원수 챔버로부터 연수 탱크로 유입하게 하며, 상기 연수 조절 밸브는 상기 중간 관로로의 유동을 차단하는 것을 특징으로 하는,
    이온교환수지 교체시기 판단 기능을 갖는 연수기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1,2 나트륨 센싱 모듈은 각각 기준 전극 및 탐지 전극을 구비하며,
    상기 기준 전극은 SUS, 백금, 구리, 금, 은으로 이루어진 그룹 중 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 탐지 전극은 Calix[4] Aren, PVC, THF, DOA 로 이루어진 그룹 중 어느 하나 이상을 중합하여 제조되는 것을 특징으로 하는,
    이온교환수지 교체시기 판단 기능을 갖는 연수기.
  4. 삭제
  5. 이온교환수지가 내장되는 연수 탱크;
    상기 연수 탱크에 원수를 공급하는 원수 입수 관로 상에 배치되는 원수 조절 밸브;
    상기 연수 탱크로부터의 연수를 유동하게 하는 연수 배출 관로 상에 배치되는 연수 조절 밸브;
    상기 원수 입수 관로 및 상기 연수 배출 관로에서부터 각각 원수 및 연수 중의 나트륨 이온 농도를 센싱하는 나트륨 센싱 모듈; 및
    상기 원수 입수 관로와 상기 연수 배출 관로 사이의 모세 관로 상에 배치되는 제 3 나트륨 센싱 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    이온교환수지 교체시기 판단 기능을 갖는 연수기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 3 나트륨 센싱 모듈은 중공의 케이싱, 상기 케이싱을 원수 입수 챔버와 연수 입수 챔버로 분리하는 이온교환망, 상기 원수 입수 챔버에 위치하는 제 1 탐지 전극, 및 상기 연수 입수 챔버에 위치하는 제 2 탐지 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    이온교환수지 교체시기 판단 기능을 갖는 연수기.
KR1020120034645A 2012-04-03 2012-04-03 이온교환수지 교체시기 판단 기능을 갖는 연수기 KR101942477B1 (ko)

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