KR101995456B1 - 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주입구를 통해 주입된 물에서 Fe를 제거 후 배출구로 물을 배출하기 위한 수처리장치; 상기 주입구 측으로부터 주입된 물이 통과할 때 물속에 존재하는 Fe를 1차적으로 제거하기 위해 복수 개의 구슬형 네오디뮴 자석이 쌓여 형성된 1차 네오디뮴 자석층; 및 상기 1차 네오디뮴 자석층을 지나온 물이 통과할 때 물속에 존재하는 Fe를 2차적으로 제거하기 위해 복수 개의 판형 네오디뮴 자석이 쌓여 형성된 2차 네오디뮴 자석층을 포함하는 것을 특징으로 하는 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 복수 개의 구슬형 네오디뮴 자석이 쌓여 형성된 1차 네오디뮴 자석층과 복수 개의 판형 네오디뮴 자석이 쌓여 형성된 2차 네오디뮴 자석층으로 구성하여 주입된 물이 2단계를 거쳐서 배출되도록 함으로써, 물 속에 있는 Fe를 효율적으로 제거할 뿐만 아니라, 라이닝 기술이 적용된 네오디뮴 자석을 적용함으로써, 물의 오염을 최소화 하고, 반영구적인 Fe 제거가 가능하다.

Description

네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템{Fe ADSORPTION AND REMOVAL SYSTEM IN WATER USING NEODYMIUM MAGNET}

본 발명은 네오디뮴 자석을 이용하여 물 속에 존재하는 Fe를 흡착 및 제거하는 기술에 관한 것이다.

네오디뮴(Neodymium, Nd)를 비롯한 희토류를 사용하는 네오디뮴 자석은 현재의 영구자석 중에서 가장 고성능인 자석이며 차량용 모터, 가전제품 등에 널리 사용되고 있다.

현재 수처리 공정에서는 Fe 제거를 위해 대부분 자석을 이용하여 흡착 및 제거하는 방식을 사용하고 있다. 이러한 경우 처음 설치 당시에는 효과가 뛰어나나 시간이 지남에 따라 물의 마찰과 부식으로 인하여 자석을 구성하고 있는 금속들이 방출되어 오히려 물의 오염이 심해진다.

수처리 공정에서 Fe 제거를 위해 사용되는 자석의 문제점을 살펴보니 설치 당시에는 Fe 흡착제거 효율이 뛰어나나 시간이 지남에 따라 성능이 현저히 떨어지고 오히려 금속 수치가 높아지며 이는 물의 마찰과 자석의 부식으로 인하여 자석을 구성하고 있는 금속들이 방출되고 있음을 확인할 수 있었다.

한편, 종래의 등록특허 제10-0918827호는 상수를 회돌이 상태로 입수하는 입수구와 출수하는 출수구를 구비하고 일측이 개방된 원통형상의 제 1 하우징; 상기 제 1 하우징의 개방된 부위로 삽입되어 안쪽 바닥 중앙에 형성된 제 1 나사부에 나사 체결되고 다수의 영구자석을 구비하며 상기 상수를 자화수로 변환하고 상기 상수에 함유된 철 성분을 흡착하여 제거하는 자석부; 상기 제 1 하우징 내측 바닥 하부에 고정되고 내부에 공기를 포함하는 튜브형상의 탄성재질로 이루어지며 상기 상수가 동결되어 확장되는 부피를 흡수하는 완충부; 상기 제 1 하우징의 개방된 부위로 삽입되어 제 2 나사부에 나사 체결되고 상기 자석부에 의하여 변환된 자화수를 통과시키면서 염소를 포함하는 화학물질과 중금속을 제거하며 미생물을 살균하여 정수하는 필터부; 및 상기 제 1 하우징의 개방된 부위로 삽입되며 제 3 나사부에 나사 체결되어 밀폐된 공간을 형성하고 상기 필터부에 의하여 정수된 상수를 상기 출수구로 내보내도록 원통형상을 하는 제 2 하우징; 을 포함하고, 상기 자석부는, 삼각기둥 형상의 네오디뮴으로 이루어지는 영구자석; 상기 영구자석이 2 개 이상의 짝수로 접착되어 이루어지는 원기둥 형상을 삽입 내장하는 원통형상의 관체; 및 상기 원기둥 형상의 영구자석이 삽입 내장된 상기 관체의 입구를 밀폐상태로 막는 뚜껑; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

등록특허 제10-0918827호는 상수를 자화하여 철 성분과 염소를 분리하고 케이디에프(KDF) 필터에 의하여 염소와 중금속을 제거한다고 되어 있으나, 입수된 물이 출수 될 때 구조적인 한계로 인해 물 속의 Fe 성분을 충분히 제거하기가 어려우며, 네오디뮴에 별도의 코팅이나 피복 처리를 하지 않아 오랜 시간 사용시 물과 마찰로 인해 네오디뮴을 구성하고 있는 금속들이 방출되어 물이 오염되는 문제가 여전히 발생하였다.

등록특허 제10-0918827호

본 발명은 상기의 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, C-PVC(Chlorinated Polyvinyl Chloride) 라이닝기술과 네오디뮴 구슬자석의 우레탄 라이닝기술을 통하여 기존 자석필터에서 발생되는 문제점을 차단하며 자석 내에서 방출되는 금속물들을 최소화하여 물 속에 존재하는 Fe 성분을 흡착 제거하는 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템을 제공하고자 한다.

또한 네오디뮴 구슬자석 적용함으로써 물이 통과하는 공간을 최소화하여 단면적을 늘림과 동시에 마찰을 높혀 Fe 흡착율을 극대화 하는 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템은 주입구를 통해 주입된 물에서 Fe를 제거 후 배출구로 물을 배출하기 위한 수처리장치; 상기 주입구 측으로부터 주입된 물이 통과할 때 물속에 존재하는 Fe를 1차적으로 제거하기 위해 복수 개의 구슬형 네오디뮴 자석이 쌓여 형성된 1차 네오디뮴 자석층; 및 상기 1차 네오디뮴 자석층을 지나온 물이 통과할 때 물속에 존재하는 Fe를 2차적으로 제거하기 위해 복수 개의 판형 네오디뮴 자석이 쌓여 형성된 2차 네오디뮴 자석층을 포함한다.

상기 수처리장치는 주입구가 하단에 위치하고, 배출구는 상단에 위치하며, 수처리장치의 직경 대 1차 네오디뮴 자석층의 두께는 8 : 1의 비율로 형성되고, 상기 구슬형 네오디뮴 자석은 우레탄 500 마이크로미터(㎛) 라이닝을 적용하여 직경 10mm의 크기로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 2차 네오디뮴 자석층은 1차 네오디뮴 자석층의 상부로부터 일정 간격 떨어져서 배치되고, 가로 2 Cm, 세로 5 Cm, 두께 0.5 Cm 로 형성되고, 각 판형 네오디뮴 자석 간의 간격은 2 Cm 떨어져서 형성되며, 수처리장치의 높이 방향과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 주입구를 통해서 주입되는 물의 주입속도는 1~2 m³/min 인 것을 특징으로 한다.

상기 2차 네오디뮴 자석층을 구성하는 판형 네오디뮴 자석은 1~1.5mm C-PVC(Chlorinated Polyvinyl Chloride) 라이닝을 적용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템에 의하면, 복수 개의 구슬형 네오디뮴 자석이 쌓여 형성된 1차 네오디뮴 자석층과 복수 개의 판형 네오디뮴 자석이 쌓여 형성된 2차 네오디뮴 자석층으로 구성하여 주입된 물이 2단계를 거쳐서 배출되도록 함으로써, 물 속에 있는 Fe를 효율적으로 제거할 뿐만 아니라, 라이닝 기술이 적용된 네오디뮴 자석을 적용함으로써, 물의 오염을 최소화 하고, 반영구적인 Fe 제거가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템의 단면 구조도
도 2는 본 발명에 따른 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템을 적용하기 전과 적용한 후의 물 속 Fe의 변화를 나타낸 데이터시트
도 3은 본 발명에 따른 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템을 적용하기 전과 적용한 후의 물 속 Fe의 변화를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명에 따른 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템에 적용되는 C-PVC 라이닝의 두께별 시험 결과

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.

또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 일 실시 예를 보다 상세하게 설명한다.

네오디뮴 자석은 일반 자석에 5배 이상의 가우스 자력이 있으며, Fe, Ni등 중금속 원소를 자력으로 끌어들여 제거하는데 탁월하다. 네오디뮴 금속, 철, 붕소, 및 다른 희토류 원소로 이루어진 고성능 영구 자석이다. 우수한 성능과 합리적인 가격 때문에, 현재 급속하게 발전하고 다양한 분야에 적용되고 있다.

현재 N35~N52, N35M~N50M, N35H~N48H, N30SH~N45SH, N28UH~N40UH, N28EH~N35EH등 고성능 자재에 대한 양산을 진행 중에 있으며, 요청에 따라 사각형, 원형, 타원형, 부채꼴, 구형 등 생산이 가능하다.

또한 제품의 후 공정에 근거하여 전기 도금 및 도금 처리가 가능하다. 아연, 니켈, 주석, 은, 금 도금이 가능하며 인화 처리 및 에폭시 수지 처리 또한 가능하다. 제품의 주요 응용 분야는 자동차, 통신기기, 측정기, 전기 음향 기기, 전기 공학, 자석 치료 기계, 자기력 기계, 자석 분리 공정, 자화 기술 등에 적용이 가능하다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템(100)은 수처리장치(10), 1차 네오디뮴 자석층(20) 및 2차 네오디뮴 자석층(30)을 포함한다.

수처리장치(10)는 주입구(11)를 통해 주입된 물에서 Fe를 제거 후 배출구(12)로 물을 배출한다.

1차 네오디뮴 자석층(20)은 주입구(11) 측으로부터 주입된 물이 통과할 때 물속에 존재하는 Fe를 1차적으로 제거하기 위해 복수 개의 구슬형 네오디뮴 자석(21)이 쌓여 형성된다.

2차 네오디뮴 자석층(30)은 1차 네오디뮴 자석층(20)을 지나온 물이 통과할 때 물속에 존재하는 Fe를 2차적으로 제거하기 위해 복수 개의 판형 네오디뮴 자석(31)이 쌓여 형성된다.

수처리장치(10)는 주입구(11)가 하단에 위치하고, 배출구(12)는 상단에 위치하며, 수처리장치(10)의 직경 대 1차 네오디뮴 자석층(20)의 두께는 8 : 1의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.

수처리장치(10)의 직경이 400mm로 형성되는 경우 1차 네오디뮴 자석층(20)의 두께는 50mm로 형성하는 것이 적당하다. 수처리장치(10)의 직경이 더 커지는 경우는 1차 네오디뮴 자석층(20)의 두께도 더 크게 해야 물속에 존재하는 Fe 제거 효율을 높일 수가 있다. 수처리장치(10)의 직경을 400mm 이상으로 크게 제작하는 경우 1차 네오디뮴 자석층(20)의 두께를 50mm 이하로 했을 때는 Fe를 충분하게 흡착 제거하지 못하는 현상이 발생하는 것을 확인하였다.

구슬형 네오디뮴 자석(21)은 우레탄 500 마이크로미터(㎛) 라이닝을 적용하여 직경 10mm의 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 직경을 10mm 이하로 하면 자석(21)간의 간격이 너무 좁아져 물이 구슬형 네오디뮴 자석(21) 사이를 통과하는데 시간이 너무 오래 걸리는 현상을 확인하였으며, 10mm 를 초과하여 형성하면 자석(21)간에 공극이 너무 크게 생겨서 자석(21)과 물이 닿는 면적이 작아지고 마찰력이 작아져서 Fe 흡착 효율이 떨어지는 현상이 발생하였다. 구슬형 네오디뮴 자석(21)은 C-PVC 라이닝을 적용할 수가 없기 때문에 우레탄 500 마이크로미터(㎛) 라이닝 처리를 하였으며, 우레탄 라이닝 처리를 통해서 자석에서 방출되는 금속물들을 최소화하면서 Fe 흡착 제거 효율을 극대화 할 수가 있었다.

2차 네오디뮴 자석층(30)은 1차 네오디뮴 자석층(20)의 상부로부터 약 3~6 Cm 떨어져서 배치되고, 2차 네오디뮴 자석층(30)을 구성하는 판형 네오디뮴 자석(31)은 가로 2 Cm, 세로 5 Cm, 두께 0.5 Cm 로 형성되고, 각 판형 네오디뮴 자석(31) 간의 간격은 2 Cm 떨어져서 형성되며, 수처리장치(10)의 높이 방향과 평행하게 복수 개가 배치된다. 각 판형 네오디뮴 자석(31) 간의 간격이 2 Cm 보다 멀어지면 그 사이를 통과하는 물 속에 존재하는 Fe를 흡착 제거하는 성능이 떨어지고 각 판형 네오디뮴 자석(31) 간의 간격이 2 Cm 보다 가까워지면 Fe를 흡착 제거하는 성능은 어느 정도까지는 올라가나 크게 증가하지는 않고, 시설비용이 크게 증가하는 문제가 있다.

주입구(11)를 통해서 주입되는 물의 주입속도는 1~2 m³/min 가 되도록 하는 것이 바람직하다. 물의 주입속도가 1 m³/min 보다 작으면 Fe 흡착 제거 효율이 더 이상 높아지지 않을 뿐만 아니라 수처리에 시간이 너무 오래 걸려 비효율적인 문제가 있고, 물의 주입속도가 2 m³/min 를 초과하면 Fe 흡착 제거 효율이 다소 떨어지는 현상을 확인하였다.

2차 네오디뮴 자석층(30)을 구성하는 판형 네오디뮴 자석(31)은 1~1.5mm C-PVC(Chlorinated Polyvinyl Chloride) 라이닝을 적용하여 형성되는 것이 바람직하다.

도 4를 참고하면, C-PVC 라이닝을 1mm 이하로 했을 때 흡착력은 100%가 되었으나 강도가 약한 문제가 있었으며, 2mm 로 했을 때는 강도는 문제가 없으나 흡착력이 떨어지는 것을 확인할 수가 있었다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 1차 네오디뮴 자석층(20)과 2차 네오디뮴 자석층(30)의 라이닝기술 적용 전, 후의 시험 결과, 라이닝기술 적용 전 설치 당시에는 Fe 제거효율이 뛰어나나 시간이 지남에 따라 Fe 제거효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. C-PVC 라이닝과 우레탄 라이닝기술이 적용된 네오디뮴 자석은 시간이 지나도 값의 변화가 거의 없었다. 즉, Fe 제거효율이 처음과 거의 동일하게 유지가 되었다.

상기와 같은 도 2 및 도 3의 시험결과는 복수 개의 구슬형 네오디뮴 자석(21)이 형성된 1차 네오디뮴 자석층(20)과 판형 네오디뮴 자석(31)이 형성된 2차 네오디뮴 자석층(30)을 함께 구성할 때 나타나는 결과였으며, 두 개의 자석층(20, 30) 중 어느 하나만 구성할 때는 Fe 제거효율이 다소 떨어질 수가 있다.

본 발명을 통해 라이닝기술이 적용 된 네오디뮴 자석필터를 사용할 경우 반영구적 Fe제거가 가능하며 다음 공정에 있는 필터들의 수명도 연장시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명의 시험 결과, 수처리 공정에서 Fe 제거를 위해 사용되는 자석의 문제점을 살펴보니 설치 당시에는 Fe 흡착 제거 효율이 뛰어나나, 시간이 지남에 따라 성능이 현저히 떨어지고 오히려 금속 수치가 높아지며 이는 물의 마찰과 자석의 부식으로 인하여 자석을 구성하고 있는 금속들이 방출되고 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명에 의하면 C-PVC 라이닝기술과 네오디뮴 구슬자석의 우레탄 라이닝기술을 통하여 기존 자석필터에서 발생되는 문제점을 차단하며 자석 내에서 방출되는 금속물들을 최소화하여 물 속에 있는 Fe 성분을 흡착 제거할 수가 있다. 또한 네오디움 구슬자석을 적용함으로써 물이 통과하는 공간을 최소화하여 단면적을 늘림과 동시에 마찰력을 높혀 Fe 흡착율을 극대화 할 수가 있다.

본 발명은 상기한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 되는 것임은 자명하다.

100: 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템
10: 수처리장치
11: 주입구
12: 배출구
20: 1차 네오디뮴 자석층
21: 구슬형 네오디뮴 자석
30: 2차 네오디뮴 자석층
31: 판형 네오디뮴 자석

Claims (5)

1. 주입구를 통해 주입된 물에서 Fe를 제거 후 배출구로 물을 배출하기 위한 수처리장치;
   상기 주입구 측으로부터 주입된 물이 통과할 때 물속에 존재하는 Fe를 1차적으로 제거하기 위해 복수 개의 구슬형 네오디뮴 자석이 쌓여 형성된 1차 네오디뮴 자석층; 및
   상기 1차 네오디뮴 자석층을 지나온 물이 통과할 때 물속에 존재하는 Fe를 2차적으로 제거하기 위해 복수 개의 판형 네오디뮴 자석이 쌓여 형성된 2차 네오디뮴 자석층을 포함하되,
   상기 수처리장치는 주입구가 하단에 위치하고, 배출구는 상단에 위치하며, 수처리장치의 직경 대 1차 네오디뮴 자석층의 두께는 8 : 1의 비율로 형성되고, 상기 구슬형 네오디뮴 자석은 우레탄 500 마이크로미터(㎛) 라이닝을 적용하여 직경 10mm의 크기로 형성되고,
   상기 2차 네오디뮴 자석층은 1차 네오디뮴 자석층의 상부로부터 일정 간격 떨어져서 배치되고, 가로 2 Cm, 세로 5 Cm, 두께 0.5 Cm 로 형성되고, 각 판형 네오디뮴 자석 간의 간격은 2 Cm 떨어져서 형성되며, 수처리장치의 높이 방향과 평행하게 배치되며,
   상기 주입구를 통해서 주입되는 물의 주입속도는 1~2 m³/min 이고,
   상기 2차 네오디뮴 자석층을 구성하는 판형 네오디뮴 자석은 1~1.5mm C-PVC(Chlorinated Polyvinyl Chloride) 라이닝을 적용하여 형성되고,
   상기 수처리장치의 저면은 하부 중앙의 주입구 측으로 하향 경사지도록 형성되고, 상기 1차 네오디뮴 자석층은 하향 경사면의 위쪽에서 수처리장치의 최대 직경을 형성하는 몸체 부분에 배치되고, 상기 2차 네오디뮴 자석층은 1차 네오디뮴 자석층의 상부로부터 3~6 Cm 떨어져서 수처리장치의 최대 직경을 형성하는 몸체 부분에 배치되고, 상기 2차 네오디뮴 자석층의 위쪽으로 일정 높이만큼 수처리장치의 최대 직경이 유지되다가, 상부의 배출구 측으로 직경이 점차 작아지도록 상향 경사지도록 형성되며, 소정의 높이에서 최대 직경보다 작은 일정한 직경을 형성하고, 그 위쪽으로 배출구가 형성되며,
   상기 수처리장치의 최대 직경은 400mm 이며, 1차 네오디뮴 자석층의 두께는 50mm 로 형성되는 것을 특징으로 하는 네오디뮴 자석을 이용한 물 속 Fe 흡착 및 제거 시스템.
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