KR102010978B1 - 축전식 탈이온 수처리 장치 및 축전식 탈이온 수처리 장치의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축전식 탈이온 수처리 장치 및 축전식 탈이온 수처리 장치의 제어방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온 수처리 장치는, 전극에 정수전압이 인가되면 유입되는 유체에 포함된 용존고형물(dissolved solids)을 상기 전극에 흡착하여 정수를 생성하고, 상기 전극에 재생전압이 인가되면 상기 전극에 흡착된 용존고형물을 탈착하여 재생수를 생성하는 제1 필터부 및 제2 필터부; 및 기 설정된 목표 TDS(Total Dissolved Solids)값을 가지는 정수를 생성하도록, 상기 제1 필터부 및 제2 필터부에 상기 정수전압 및 재생전압을 반복적으로 교차하여 인가하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

축전식 탈이온 수처리 장치 및 축전식 탈이온 수처리 장치의 제어방법 {Apparatus for water treatment using capacitive deionization and method for controlling the same}

본 발명은 축전식 탈이온 수처리 장치 및 축전식 탈이온 수처리 장치의 제어방법에 관한 것으로서, 특히 연속으로 정수를 생성할 수 있는 축전식 탈이온 수처리 장치 및 축전식 탈이온 수처리 장치의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 축전식 탈이온(CDI: Capacitive DeIonization) 수처리 장치는, 나노 사이즈의 공극을 갖는 전극에 전압을 인가하여, 상기 전극이 극성을 띠게 함으로써 매질 중의 이온성 물질을 전극 표면에 흡착시켜 제거하는 탈이온 필터를 포함할 수 있다. 상기 탈이온 필터의 양극 및 음극의 두 전극 사이로 용존이온을 함유하는 매질이 흐르는 경우, 낮은 전위차의 직류 전원을 인가하게 되면 용존 이온 중에서 음이온 성분은 양극에, 양이온 성분은 음극에 흡착되어 농축될 수 있다. 이후, 상기 두 전극을 단락시키는 등의 방법으로 역방향으로 전류가 흐르도록 하면 상기 농축된 이온들을 상기 각 전극으로부터 탈착시킬 수 있다. 상기 축전식 탈이온 수처리 장치는, 높은 전위차를 사용하지 않으므로 에너지 효율이 높고, 이온 흡착시 경도성분과 함께 유해이온까지 제거할 수 있으며, 재생시 화학약품을 필요로 하지 않는다는 장점이 있다. 다만, 종래의 축전식 탈이온 수처리 장치는 탈이온 동작을 수행한 이후에 재생동작을 통하여 포화된 전극을 재생해야하므로, 연속적인 탈이온은 불가능하였다.

본 발명은 연속으로 정수를 생성할 수 있는 축전식 탈이온 수처리 장치 및 축전식 탈이온 수처리 장치의 제어방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온 수처리 장치는, 전극에 정수전압이 인가되면 유입되는 유체에 포함된 용존고형물(dissolved solids)을 상기 전극에 흡착하여 정수를 생성하고, 상기 전극에 재생전압이 인가되면 상기 전극에 흡착된 용존고형물을 탈착하여 재생수를 생성하는 제1 필터부 및 제2 필터부; 및 기 설정된 목표 TDS(Total Dissolved Solids)값을 가지는 정수를 생성하도록, 상기 제1 필터부 및 제2 필터부에 상기 정수전압 및 재생전압을 반복적으로 교차하여 인가하는 제어부를 포함할 수 있다.

여기서 상기 제1 필터부 및 제2 필터부는, 상기 유체가 유입되는 유입구; 상기 정수가 토출되는 정수토출구; 상기 재생수가 토출되는 재생토출구; 상기 유체에 전압을 인가하는 전극; 및 상기 전극에 정수전압이 인가되면 상기 정수토출구를 개방하고 상기 재생토출구는 폐쇄하며, 상기 전극에 재생전압이 인가되면 상기 정수토출구는 폐쇄하고 상기 재생토출구를 개방하는 출수밸브를 포함할 수 있다.

여기서 상기 제어부는, 기 설정된 동작패턴에 따라, 기 설정된 정수시간동안 정수전압을 인가하는 정수동작 및 기 설정된 재생시간동안 재생전압을 인가하는 재생동작을 수행할 수 있다.

여기서 상기 제어부는, 상기 제2 필터부에 대한 상기 재생시간이 도과하면, 상기 제1 필터부의 정수동작 중에 상기 제2 필터부에 대한 상기 정수동작을 시작할 수 있다.

여기서 상기 동작패턴은, 상기 제1 필터부에 상기 정수전압을 인가한 후, 제1 시간이 경과하면 상기 제2 필터부에 재생전압을 인가하고, 제2 시간이 경과하면 상기 제2 필터부에 재생전압 인가를 중단하고, 제3 시간이 경과하면 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하고, 제4 시간이 경과하면 상기 제1 필터부에 재생전압을 인가하고, 제5 시간이 경과하면 상기 제1 필터부에 재생전압 인가를 중단하고, 제6 시간이 경과하면 상기 1필터부에 정수전압을 인가하는 동작을 반복 수행할 수 있다.

여기서 상기 축전식 탈이온 수처리 장치는, 상기 제1필터부 내부의 TDS농도를 측정하여 제1 측정농도를 생성하고, 상기 제2필터부 내부의 TDS농도를 측정하여 제2 측정농도를 생성하는 TDS센서부를 더포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 측정농도 및 제2 측정농도에 따라, 상기 정수전압 및 재생전압을 상기 제1 필터부 및 제2 필터부에 인가할 수 있다.

여기서 상기 제어부는, 상기 제1 필터부에 상기 정수전압을 인가한 후, 상기 제1 측정농도가 기 설정된 정수기준값 이하이면 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하고, 상기 제1 측정농도가 기 설정된 재생기준값 이하이면 상기 제1 필터부에 재생전압을 인가하고, 상기 제2 측정농도가 상기 정수기준값 이하이면 상기 제1 필터부에 정수전압을 인가하고, 상기 제2 측정농도가 상기 재생기준값 이하이면 상기 제2 필터부에 재생전압을 인가하고, 상기 제1 측정농도가 상기 정수기준값 이하이면 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하는 동작을 반복할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온 수처리장치의 제어방법은, 전극에 정수전압이 인가되면 유입되는 유체에 포함된 용존고형물(dissolved solids)을 상기 전극에 흡착하여 정수를 생성하는 정수동작을 수행하고, 상기 전극에 재생전압이 인가되면 상기 전극에 흡착된 용존고형물을 탈착하여 재생수를 생성하는 재생동작을 수행하는 제1필터부 및 제2필터부를 포함하는 축전식 탈이온 수처리장치의 제어방법에 있어서, 상기 제1 필터부에 상기 정수전압을 인가하는 단계; 제1 시간이 경과하면 상기 제2 필터부에 상기 재생전압을 인가하는 단계; 제2 시간이 경과하면 상기 제2 필터부에 대한 상기 재생전압 인가를 중단하는 단계; 제3 시간이 경과하면 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하는 단계; 제4 시간이 경과하면 상기 제1 필터부에 재생전압을 인가하는 단계; 제5 시간이 경과하면 상기 제1 필터부에 재생전압 인가를 중단하는 단계; 및 제6 시간이 경과하면 상기 제1 필터부에 정수전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 축전식 탈이온 수처리장치의 제어방법은, 전극에 정수전압이 인가되면 유입되는 유체에 포함된 용존고형물(dissolved solids)을 상기 전극에 흡착하여 정수를 생성하는 정수동작을 수행하고, 상기 전극에 재생전압이 인가되면 상기 전극에 흡착된 용존고형물을 탈착하여 재생수를 생성하는 재생동작을 수행하는 제1필터부 및 제2필터부를 포함하는 축전식 탈이온 수처리장치의 제어방법에 있어서, 상기 제1필터부에 상기 정수전압을 인가하는 단계; 상기 제1 필터부의 TDS 농도가 기 설정된 정수기준값 이하이면 상기 제2필터부에 정수전압을 인가하는 단계; 상기 제1 필터부의 TDS 농도가 기 설정된 재생기준값 이하이면 상기 제1 필터부에 재생전압을 인가하는 단계; 상기 제2 필터부의 TDS 농도가 상기 정수기준값 이하이면 상기 제1필터부에 정수전압을 인가하는 단계; 상기 제2필터부의 TDS 농도가 상기 상기 재생기준값 이하이면 상기 제2 필터부에 재생전압을 인가하는 단계; 및 상기 제1 필터부의 TDS 농도가 상기 정수기준값 이하이면 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온 수처리 장치 및 축전식 탈이온 수처리 장치의 제어방법에 의하면, 연속적인 정수생성이 가능하다. 특히, 연속추출에 불구하고 일정한 TDS(Total Dissolved Solids) 제거율을 가지는 정수를 생성할 수 있다.

도1은 일반적인 축전식 탈이온 수처리 장치의 정수 및 재생 원리를 설명하는 개략도이다.
도2는 종래의 축전식 탈이온 수처리 장치의 동작을 나타내는 개략도이다.
도3은 종래의 축전식 탈이온 수처리 장치에 의한 TDS 제거율을 나타낸 그래프이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온 수처리 장치의 동작을 나타내는 개략도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온 수처리 장치의 제어부를 나타내는 블록도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전식 탈이온 수처리 장치의 TDS 제거율을 나타내는 그래프이다.
도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 축전식 탈이온 수처리 장치의 TDS 제거율을 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도1은 일반적인 축전식 탈이온 수처리 장치의 정수 및 재생 원리를 설명하는 개략도이다. 도1(a)에 도시된 바와 같이, 축전식 탈이온 수처리 장치의 필터부에 유입되는 원수에는 이온 등 다양한 종류의 용존고형물(DS: Dissolved Solids)이 포함될 수 있다. 상기 이온과 같이 전하를 띠는 용존고형물들은 전극에 인가된 전기장의 전기적 인력에 의하여 상기 전극쪽으로 이동할 수 있으며, 상기 전극에 흡착될 수 있다. 즉, 양전하를 띠는 용존고형물들은 음극에 흡착될 수 있으며, 음전하를 띠는 용존고형물들은 양극에 흡착될 수 있다. 따라서, 상기 필터부는 원수가 흐르는 유로 및 상기 유로에 전기장을 인가하는 전극을 구비하여, 상기 원수에 포함된 이온 등 전하를 띠는 용존고형물들을 원수에서 제거할 수 있다. 즉, 상기 필터부는 전하를 띠는 용존고형물들을 제거하여 깨끗한 정수를 생성할 수 있으며, 상기 정수에 포함되는 이온의 양을 조절할 수 있다.

다만, 상기 전극에 흡착되는 이온 등의 용존고형물들이 많아질수록 상기 전극의 전기적 인력은 약해질 수 있다. 즉, 상기 전극에 지나치게 많은 양의 용존고형물들이 흡착된 경우에는, 상기 전극이 제거할 수 있는 용존고형물의 양이 감소하여 충분한 양의 용존고형물 제거가 이루어지지 않을 수 있다. 이러한 경우, 도1(a)에 도시된 바와 같이, 상기 전극에 흡착된 용존고형물들을 탈착한 후, 상기 탈착된 용존고형물들을 유입된 원수와 함께 외부로 배출할 수 있다. 즉, 상기 용존고형물의 흡착시 인가하였던 전압과 반대 극성을 가지는 전압을 상기 전극에 인가하여 상기 용존고형물을 상기 전극에서 탈착시킬 수 있다. 이후, 상기 전극에서의 용존고형물 탈착이 완료되면, 다시 상기 전극을 이용하여 상기 용존고형물들을 흡착하도록 할 수 있다.

도1(b)를 참조하면, 정수동작시에는 전극에 기 설정된 정수전압을 인가하여 유입되는 원수 중에 포함된 용존고형물을 제거할 수 있다. 즉, 상기 정수동작에 의하여 상기 원수에서 용존고형물을 제거하여 깨끗한 정수를 생성할 수 있다. 추가적으로, 상기 정수전압의 크기 등을 조절하면 상기 필터부가 제거하는 용존고형물의 양을 조절할 수 있으므로, 상기 정수의 단위부피에 포함된 용존 고형물의 총량 즉, 총용존고형물(TDS: Total Dissolved Solids)을 기 설정된 목표 TDS값에 맞출 수 있다.

다만, 상기 정수동작을 연속적으로 수행하다보면 상기 전극은 더 이상 충분한 양의 용존고형물을 제거할 수 없게 될 수 있으며, 이 경우 재생동작을 수행하여, 상기 전극에 흡착된 용존고형물을 탈착시킬 수 있다. 즉, 상기 정수 전압과 반대극성을 가지는 재생전압을 인가하여, 상기 전극에 흡착된 용존고형물을 전기적 척력을 이용하여 탈착할 수 있다. 이후, 상기 탈착된 용존고형물은 유입된 원수와 함께 외부로 배출하여 제거할 수 있다. 상기 재생동작에 의하여 생성된 재생수는 탈착된 용존고형물을 포함하는 원수로서, 일반적인 원수의 TDS값보다 높은 TDS값을 가질 수 있다.

따라서, 상기 축전식 탈이온 수처리장치를 사용하는 경우에는, 상기 정수동작을 일정시간동안 수행하여 정수를 생성한 후, 주기적으로 상기 재생동작을 수행하는 것이 일반적이다. 즉, 정수동작의 중간에 재생동작을 포함하여, 상기 축전식 탈이온 수처리장치의 용존고형물질 제거비율을 일정한 수준으로 유지할 수 있다.

특히, 연속적으로 정수를 생성하고자 하는 경우에는, 상기 축전식 탈이온 수처리장치에 상기 필터부를 2 이상 구비할 수 있다. 즉, 하나의 필터부가 상기 정수동작을 수행할 때 다른 하나의 필터부는 재생동작을 수행하도록 제어한 후, 상기 정수동작을 수행한 필터부가 더 이상 정수동작을 수행하지 못하게 되면 상기 재생동작을 수행한 필터부가 상기 정수동작을 수행하도록 할 수 있다. 이때, 상기 정수동작을 수행한 필터부는 재생동작을 수행하여 다음 정수동작에 대비할 수 있다. 상기와 같은 방식으로, 상기 정수동작을 수행하는 필터부와 재생동작을 수행하는 필터부를 교대하면 연속적인 정수생성이 가능하다.

도2는 2 이상의 필터부를 포함하는 축전식 탈이온 수처리장치의 동작을 나타내는 그래프로서, 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 TDS 제거율을 나타낸다. 여기서, 상기 정수전압이 인가되는 경우에는 상기 필터부가 원수에 포함된 용존고형물을 제거하므로 TDS 제거율이 양수로 표시되지만, 상기 재생전압이 인가되는 경우에는 상기 필터부의 전극에 흡착된 용존고형물을 탈착하여 원수에 배출하므로 상기 TDS 제거율은 음수로 표시된다.

도2(a)는 2 이상의 필터부를 포함하는 이상적인(ideal) 축전식 탈이온 수처리장치의 동작을 나타내는 그래프로서, 상기 이상적인(ideal) 축전식 탈이온 수처리장치는, 상기 필터부에 정수전압을 인가하면 즉시 상기 정수전압에 대응하는 TDS 제거율로 용존고형물을 제거할 수 있다. 또한, 상기 필터부에 재생전압을 인가하면 즉시 상기 재생전압의 크기에 대응하는 비율로 상기 용존고형물을 탈착할 수 있다. 즉, 이상적인(ideal) 축전식 탈이온 수처리장치는, 상기 정수전압 인가후 목표 TDS 제거율에 도달하기까지 소요되는 과도시간이 존재하지 않으므로, 항상 일정한 TDS 제거율을 가지는 정수를 제공할 수 있다.

하지만, 실제로는 도2(b)와 같이 동작하며, 정수전압을 인가하더라도 과도시간이 도과한 이후에 비로소 일정한 TDS 제거율에 도달할 수 있다. 또한, 재생전압을 인가하는 경우에도, 과도시간이 도과한 이후에 상기 재생전압에 대응하는 비율로 용존고형물을 탈착할 수 있다. 따라서, 실제 2 이상의 필터부를 포함하는 축전식 탈이온 장치는, P 영역과 같이 정수의 TDS 제거율이 목표 TDS값보다 낮은 정수를 사용자에게 제공하는 시간대가 존재할 수 있다.

도3은, 도2(b)의 실제 축전식 탈이온 수처리 장치에 의한 TDS 제거율을 나타낸 그래프이다. 도3을 참조하면, 원수의 TDS가 100ppm 정도로 낮은 경우에는 도2(b)의 P 영역의 존재에 불구하고 전체 TDS 제거율은 큰 영향이 없다. 하지만, 원수의 TDS가 500ppm 정도로 높은 경우에는, 상기 P 영역에 해당하는 구간에서 주기적으로 TDS 제거율이 80% 미만으로 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 이를 보완하기 위한 기술이 필요한 실정이다.

도4 및 도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온 수처리 장치를 나타내는 개략도이다.

도4 및 도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온 수처리 장치는, 제1 필터부(10), 제2 필터부(20) 및 제어부(30)를 포함할 수 있다.

이하, 도4 및 도5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온 수처리 장치를 설명한다.

먼저, 도4를 참조하면, 상기 축전식 탈이온 수처리 장치는 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)를 구비할 수 있으며, 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)의 유입구(11, 12)로 원수가 유입될 수 있다. 이후, 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)는 전극(14a, 14b, 24a, 24b)에 정수전압을 인가하여 상기 원수에 포함된 용존고형물을 제거하거나, 재생전압을 인가하여 상기 전극(14a, 14b, 24a, 24b)에 흡착된 용존고형물을 탈착할 수 있다. 여기서, 상기 원수에 포함된 용존고형물이 제거된 정수는 정수토출구(12, 22)를 통하여 토출될 수 있으며, 상기 전극(14a, 14b, 24a, 24b)에 흡착된 용존고형물을 포함하는 재생수는 재생토출구(13, 23)을 통하여 외부로 배출될 수 있다.

이때, 상기 정수 및 재생수가 토출되는 토출구는 출수밸브(15, 25)가 제어할 수 있다. 예를들어, 상기 제1 필터부(10)에 정수전압이 인가되면 상기 정수토출구(12)는 개방하고, 상기 재생토출구(13)는 폐쇄할 수 있다. 반대로, 상기 제1 필터부(10)에 재생전압이 인가되면 상기 정수토출구(12)는 폐쇄하고, 상기 재생토출구(13)가 개방할 수 있다. 도4에 도시된 바와 같이, 제2 필터부(20)도 출수밸브(25)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 필터부(10)의 출수밸브(15)와 동일한 동작을 수행할 수 있다.

도4(a)는 제1 필터부(10)에서 정수동작을 수행하고 제2 필터부(20)에서 재생동작을 수행하는 모습을 나타낸 것이다. 앞서 살핀 바와 같이, 상기 제1 필터부(10)에서 생성된 정수는 정수토출구(12)를 통하여 토출될 수 있으며, 제2 필터부(20)에서 생성된 재생수는 재생토출구(23)를 통하여 외부로 배출될 수 있다. 이후, 상기 제1 필터부(10)의 전극(14a, 14b)이 포화되어 더 이상 용존고형물을 흡착할 수 없게 되면, 도4(b)에 도시된 바와 같이 상기 제1 필터부(10)는 재생동작을 수행하고 제2 필터부(20)가 정수동작을 수행할 수 있다.

여기서, 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)가 수행하는 정수동작 및 재생동작은 제어부(30)에 의하여 제어될 수 있다. 즉, 도5에 도시된 제어부(30)가 상기 축전식 탈이온 수처리 장치에 구비될 수 있으며, 상기 제어부(30)는 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)에 인가하는 전압과 상기 출수밸브(15)의 동작을 제어하는 제어신호를 출력할 수 있다.

상기 제어신호는, 도5에 도시된 바와 같이, ctr_v1, ctr_v2 및 ctr_valve가 있을 수 있다. 상기 ctr_v1은 상기 제1 필터부(10)의 전극(14a, 14b)에 대한 제어신호, ctr_v2는 상기 제2 필터부(20)의 전극(24a, 24b)에 대한 제어신호, ctr_valve는 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)의 출수밸브(15, 25)에 대한 제어신호일 수 있다.

또한, 상기 제어부(30)는 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)의 전극(14a, 14b, 24a, 24b) 양단에 전압을 인가하는 경우에 흐르는 전류의 크기(sig_current)를 입력받을 수 있다. 상기 전류의 크기(sig_current)는 상기 원수에 포함된 용존고형물의 양에 비례하므로, 상기 전류의 크기(sig_current)를 측정하면 상기 필터부 내부의 TDS값을 구할 수 있다. 나아가, 상기 제어부(30)는 상기 필터부 내부의 TDS값을 측정하는 TDS 센서부(미도시)를 구비한 후, 상기 TDS센서부로부터 센싱값(sig_sensor)를 입력받아, 상기 필터부 내부의 TDS값을 직접 측정하는 것도 가능하다.

여기서, 상기 제어부(30)는 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)에서 정수전압 및 재생전압을 선택적으로 인가하여, 토출되는 정수에 포함된 TDS가 기 설정된 목표TDS값을 가지도록 할 수 있다.

도6은 상기 제어부(30)가 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)의 동작을 제어하는 일 실시예를 나타낸 그래프이다. 여기서, L1은 상기 제1 필터부(10)의 동작을 나타내는 그래프이고, L2는 상기 제2 필터부(20)의 동작을 나타내는 그래프이다. 여기서, A_정수는 목표TDS값을 가지는 정수를 생성하는 TDS제거율을 나타내고, A_재생은 필터부의 최대재생율을 나타낸다.

도6을 참조하면, 상기 제어부(30)는, 기 설정된 동작패턴에 따라 기 설정된 정수시간동안 정수전압을 인가하는 정수동작 및 기 설정된 재생시간동안 재생전압을 인가하는 재생동작을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 재생시간은 상기 정수시간보다 짧을 수 있으며, 상기 정수시간동안 제2 필터부(20)가 제거한 TDS의 양(S1)과 상기 재생시간동안 상기 제2 필터부(20)에서 탈착된 TDS의 양(S2)은 동일할 수 있다. 이는 제1 필터부(10)의 경우에도 마찬가지이다.

구체적으로, 상기 동작패턴에 따르면, 상기 제1 필터부(10)에 정수전압을 인가한 후(t = 0), 제1 시간(t = t1)이 경과하면 상기 제2 필터부(20)에 재생전압을 인가할 수 있다. 즉, t = 0일 때 상기 제1 필터부(10)에 정수전압을 인가하여 정수동작을 시작할 수 있으며, 상기 제1 시간(t = t1)이 경과하면 상기 제2 필터부(20)는 재생전압을 인가하여 상기 재생동작을 시작할 수 있다.

이후, 제2 시간(t = t2)이 경과하면 상기 제2 필터부(20)에 대한 재생전압 인가를 중단할 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이, 재생동작에 소요되는 시간이 정수동작에 소요되는 시간보다 짧기 때문에, 상기 제2 필터부(20)에 대한 재생동작이 완료되면 상기 재생전압 인가를 먼저 중단할 수 있다.

이후, 제3 시간(t = t3)이 경과하면 상기 제2 필터부(20)에 정수전압을 인가할 수 있다. 즉, 상기 제1 필터부(10)에 의한 정수동작이 진행되는 상태에서 상기 제2 필터부(20)도 정수동작을 시작할 수 있다. 도6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 필터부(10)의 TDS 제거율은 점차 떨어지므로, 상기 제1 필터부(10)의 TDS 제거율이 떨어지기 전에 먼저 제2 필터부(20)가 정수동작을 수행할 수 있다. 따라서, 상기 제1 필터부(10)의 TDS 제거율이 떨어지기 시작할 때에는 상기 제2 필터부(20)에서도 상기 목표 TDS값을 가지는 정수를 생성할 수 있다. 즉, 종래에는 상기 제1 필터부(10)의 TDS 제거율이 완전히 떨어진 이후에 상기 제2 필터부(20)가 동작하기 시작하였으므로, 높은 TDS값을 가지는 정수가 사용자에게 제공되는 등의 문제점이 있었다. 하지만, 여기서는 상기 제1 필터부(10)의 TDS 제거율이 떨어지기 전에 먼저 상기 제2 필터부(20)를 동작하기 시작하므로, 상기 정수의 TDS를 목표TDS로 유지할 수 있다.

이후, 제4 시간(t = t4)이 경과하면 상기 제1 필터부(10)에 재생전압을 인가하기 시작할 수 있다. 즉, 상기 제2 필터부(20)가 정수동작을 시작한 이후에는 상기 제1 필터부(10)에 재생전압을 인가하여 상기 제1 필터부(10)가 재생동작을 수행하도록 할 수 있다.

이후, 제5 시간(t = t5)이 경과하면, 마찬가지로 상기 제1 필터부(10)에 대한 재생동작이 완료되므로, 상기 제1 필터부(10)에 대한 재생전압 인가를 중단할 수 있다.

또한, 제6 시간(t = t6)이 경과하면, 상기 제2 필터부(20)의 정수동작이 완료되기전에 상기 제1 필터부(10)에 정수전압을 인가하여 상기 제1 필터부(10)도 정수동작을 수행하도록 할 수 있다. 이후, 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)는 상기 t = 0에서부터 t = t6까지의 동작을 반복하여 수행하여, 연속적으로 정수를 생성할 수 있다.

이와 같이 설정된 동작패턴에 따라, 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)를 동작하면, 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)에서 제공하는 정수는 항상 일정한 목표TDS값을 가질 수 있다. 특히, 상기 동작패턴에 따라 동작하는 경우에는, 도2(b)의 P 영역과 같이, 제공하는 정수의 TDS값이 목표 TDS값보다 낮은 정수를 사용자에게 제공하는 시간대가 발생하지 않을 수 있다.

추가적으로, 상기 제어부(30)는 상기 기 설정된 동작패턴에 따라 제어하는 방식 이외에, 상기 제1 필터부(10) 내부의 TDS 농도 및 제2 필터부(20) 내부의 TDS 농도에 따라, 상기 정수전압 및 재생전압의 인가를 제어하는 것도 가능하다.

여기서, 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20) 내부의 TDS 농도는, 앞서 살핀 바와 같이, TDS 센서(미도시)를 이용하여 측정할 수 있다. 즉, 상기 TDS 센서부를 이용하여 상기 제1 필터부(10) 내부의 TDS 농도를 측정하여 제1 측정농도를 생성할 수 있으며, 상기 제2 필터부(20) 내부의 TDS 농도를 측정하여 제2 측정농도를 생성할 수 있다. 이때, 상기 TDS 센서에서 측정한 제1 측정농도 및 제2 측정농도는 센싱값(sig_sensor)으로서 상기 제어부(30)에 전송될 수 있다. 이외에도, 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20)에 인가하는 전압에 의하여 전극 양단에 흐르는 전류의 세기를 바탕으로 상기 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20) 내부의 TDS 농도를 측정하는 것도 가능하다. 이하, 도7을 참조하여, 상기 제어부(30)의 제1 필터부(10) 및 제2 필터부(20) 동작제어의 다른 실시예를 설명한다.

도7을 참조하면, 상기 제어부(30)는 상기 제1 필터부(10)에 상기 정수전압을 인가한 후, 상기 제1 필터부(10)의 TDS농도 즉, 제1 측정농도가 기 설정된 정수기준값(A1) 이하로 떨어지는지 여부를 지속적으로 확인할 수 있다. 이후, 상기 제1 측정농도가 상기 정수기준값(A1) 이하로 떨어지면 상기 제2 필터부(20)에 정수전압을 인가할 수 있다. 즉, 상기 제1 필터부(10)의 TDS제거율이 상기 정수기준값(A) 이하로 떨어진 경우에는, 상기 제1 필터부(10)의 전극(14a, 14b)가 포화되어 상기 제1 필터부(10)의 TDS 제거능력이 떨어지고 있는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 상기 제1 필터부(10)의 TDS 제거 능력이 완전히 떨어지기 전에, 상기 제2 필터부(20)가 먼저 정수동작을 시작하도록 하여, 상기 제1 필터부(10)의 TDS 제거율이 완전히 떨어졌을 때에는 상기 제2 필터부(20)가 충분한 TDS 제거율을 가질 수 있도록 할 수 있다.

이후, 상기 제1 측정농도가 기 설정된 재생기준값(A2) 이하로 떨어지면, 상기 제1 필터부(10)에 재생전압을 인가할 수 있다. 즉, 상기 제1 측정농도가 상기 재생기준값(A2) 이하로 측정되면, 상기 제1 필터부(10)의 전극(14a, 14b)이 포화되어 더 이상 용존고형물을 제거할 수 없는 상태로 판별할 수 있다. 따라서, 상기 제1 필터부(10)의 전극(14a, 14b)에 대하여 재생전압을 인가하여 상기 제1 필터부(10)가 재생동작을 수행하도록 할 수 있다.

이후, 제2 측정농도가 상기 정수기준값(A1) 이하이면 상기 제1 필터부(10)에 정수전압을 인가할 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이, 상기 정수동작을 수행하는 제2 필터부(20)의 TDS제거율이 떨어지면 미리 상기 제1 필터부(10)가 정수동작을 시작하여 상기 제2 필터부(10) 전극(24a, 24b)의 포화에 대비할 수 있다.

이후, 상기 제2 측정농도가 상기 재생기준값(A2) 이하이면 상기 제2 필터부(20)에 재생전압을 인가하여, 상기 제2 필터부(20)에 대한 재생동작을 수행할 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이, 상기 제2 필터부(20)의 TDS 제거율이 재생기준값(A2) 이하로 측정되면 상기 제2 필터부(20)의 전극(24a, 24b)는 포화된 상태인 것으로 볼 수 있으므로, 상기 재생전압을 인가하여 재생동작을 수행하도록 할 수 있다.

이후, 상기 제1 측정농도가 상기 정수기준값(A1) 이하이면, 상기 제2 필터부(20)에 정수전압을 인가하는 동작을 반복하여, 연속적으로 정수를 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온 수처리장치의 제어방법은, 전극에 정수전압이 인가되면 유입되는 유체에 포함된 용존고형물을 상기 전극에 흡착하여 정수를 생성하는 정수동작을 수행하고, 상기 전극에 재생전압이 인가되면 상기 전극에 흡착된 용존고형물을 탈착하여 재생수를 생성하는 재생동작을 수행하는 제1 필터부 및 제2 필터부를 포함하는 축전식 탈이온 수처리장치에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 축전식 탈이온 수처리장치의 제어방법을 도6을 참조하여 설명한다.

먼저 상기 제1 필터부에 상기 정수전압을 인가하는 단계를 수행할 수 있다(t = 0). 따라서, 상기 제1 필터부는 상기 정수전압에 의하여 유입되는 유체에 포함된 용존고형물을 제거하여 정수를 생성할 수 있다. 이때, 상기 생성된 정수는 목표TDS값을 가질 수 있다.

이후, 제1 시간이 경과하면(t = t1) 상기 제2 필터부에 상기 재생전압을 인가하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 제1 필터부에 정수전압을 인가하는 동안, 상기 제2 필터부에 재생전압을 인가하여 상기 제2 필터부의 전극을 재생할 수 있다. 따라서, 이후 상기 제1 필터부의 전극이 포화된 경우에 대비할 수 있다.

이후, 제2 시간이 경과하면(t = t2) 상기 제2 필터부에 대한 상기 재생전압 인가를 중단하는 단계를 수행할 수 있다. 앞서 살핀바와 같이, 상기 전극의 재생전압을 인가하여 상기 전극에 흡착된 용존고형물을 제거하는 데 소요되는 시간은, 상기 전극에 정수전압을 인가하여 상기 전극을 포화하는 데 소요되는 시간보다 더 짧을 수 있다. 따라서, 상기 제2 필터부의 전극에 대한 재생이 완료되면 상기 제2 필터부에 대한 재생전압 인가를 중단할 수 있다.

이후, 제3 시간이 경과하면(t = t3) 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하는 단계를 수행할 수 있다. 즉, 상기 제1 필터부에 정수전압이 계속 인가되는 중에, 상기 제2 필터부에도 상기 정수전압을 인가할 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이, 상기 제3 시간이 경과하고 일정시간이 지나면 상기 제1 필터부의 TDS 제거율은 감소하기 시작할 수 있다. 이후, 상기 제1 필터부의 TDS 제거율이 0이 된 이후에 상기 제2 필터부에 상기 정수전압을 인가하기 시작하면, 사용자에게는 목표TDS값 이상의 TDS를 포함하는 정수가 제공될 수 있다. 따라서, 이러한 상황을 방지하기 위하여, 상기 제3 시간에 해당하면, 상기 제2 필터부에도 정수전압을 인가하기 시작할 수 있다. 즉, 도6에 도시된 바와 같이, 상기 제2 필터부에 미리 정수전압을 인가하기 시작하면, 상기 TDS제거율을 A_정수로 일정하게 유지할 수 있다.

이후, 제4 시간이 경과하면(t = t4) 상기 제1 필터부에 재생전압을 인가하는 단계를 수행할 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이, 상기 제1 필터부의 TDS 제거율은 떨어지고 있으며 이는 상기 제1 필터부의 전극이 포화에 의한 것으로 볼 수 있다. 따라서, 상기 제1 필터부에 대하여 재생전압을 인가하여 상기 제1 필터부를 재생할 수 있다.

이후, 제5 시간이 경과하면(t = t5) 상기 제1 필터부에 재생전압 인가를 중단하는 단계를 수행할 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이 전극의 재생이 전극의 포화보다 빠르게 수행될 수 있다. 따라서, 상기 제1 필터부 전극의 재생이 완료되면 상기 제1 필터부에 재생전압 인가를 중단할 수 있다.

이후, 제6 시간이 경과하면(t = t6) 상기 제1 필터부에 정수전압을 인가하여 다시 상기 제1 필터부에서 정수전압을 인가할 수 있다. 즉, 상기 t = 0에서 t = t6까지의 동작을 반복수행함으로써, 제공하는 정수의 TDS값을 목표TDS값으로 유지하면서도 상기 정수를 연속적으로 제공하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 축전식 탈이온 수처리장치의 제어방법은, 전극에 정수전압이 인가되면 유입되는 유체에 포함된 용존고형물을 상기 전극에 흡착하여 정수를 생성하는 정수동작을 수행하고, 상기 전극에 재생전압이 인가되면 상기 전극에 흡착된 용존고형물을 탈착하여 재생수를 생성하는 재생동작을 수행하는 제1 필터부 및 제2 필터부를 포함하는 축전식 탈이온 수처리장치에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 축전식 탈이온 수처리장치의 제어방법을 도7을 참조하여 설명한다.

먼저 상기 제1 필터부에 상기 정수전압을 인가하는 단계를 수행할 수 있다. 따라서, 상기 제1 필터부는 유입되는 유체에 포함된 용존고형물을 제거하여 정수를 생성할 수 있다.

이후, 상기 제1 필터부의 TDS농도가 기 설정된 정수기준값(A1) 이하이면, 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하는 단계를 수행할 수 있다. 앞서 살핀바와 같이, 상기 TDS농도는 TDS센서(미도시) 등을 이용하여 측정할 수 있다. 상기 제1 필터부의 TDS농도가 기 설정된 정수기준값(A1) 이하로 떨어지면, 상기 제1 필터부에서 생성하는 정수에 TDS가 높아지는 것을 의미하므로, 미리 제2 필터부에 정수전압을 인가하여 토출되는 정수의 TDS값을 목표TDS값으로 유지하도록 할 수 있다.

이후, 상기 제1 필터부의 TDS 농도가 기 설정된 재생기준값(A2) 이하이면 상기 제1 필터부에 재생전압을 인가하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 제1 필터부의 TDS 농도가 상기 재생기준값(A2) 이하에 해당하면, 상기 제1 필터부의 전극은 포화된 상태에 해당하는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 상기 제1 필터부의 전극에 재생전압을 인가하여, 상기 제1 필터부의 전극을 재생시킬 수 있다.

이후, 상기 제2 필터부의 TDS 농도가 상기 정수기준값(A1) 이하로 내려가면 상기 제1 필터부에 정수전압을 인가하는 단계를 수행할 수 있다. 앞서 살핀바와 같이, 상기 제2 필터부의 TDS 농도가 상기 정수기준값(A1)이하로 떨어지기 시작하면, 미리 상기 제1 필터부에 정수전압을 인가하여 상기 제2 필터부의 전극포화에 대비할 수 있다.

이후, 상기 제2 필터부의 TDS 농도가 상기 재생기준값 이하이면 상기 제2 필터부에 재생전압을 인가하는 단계를 수행할 수 있다. 앞서 살핀바와 같이, 상기 제2 필터부의 TDS농도가 상기 재생기준값 이하로 떨어지면, 상기 제2 필터부의 전극이 포화된 것으로 볼 수 있다. 따라서, 상기 제2 필터부에 재생전압을 인가하여 상기 제2 필터부의 전극을 재생할 수 있다.

이후, 상기 제1 필터부의 TDS 농도가 상기 정수기준값(A1)이하이면 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하는 단계를 수행할 수 있다. 즉, 상기 각각의 단계들을 처음부터 반복적으로 수행함으로써, 제공하는 정수의 TDS값을 목표TDS값으로 유지하면서도 상기 정수를 연속적으로 제공할 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

10: 제1 필터부 11: 유입구
12: 정수토출구 13: 재생토출구
14a, 14b: 전극 15: 출수밸브
20: 제2 필터부 21: 유입구
22: 정수토출구 23: 재생토출구
24a, 24b: 전극 25: 출수밸브
30: 제어부

Claims (9)

1. 전극에 정수전압이 인가되면 유입되는 유체에 포함된 용존고형물(dissolved solids)을 상기 전극에 흡착하여 정수를 생성하고, 상기 전극에 재생전압이 인가되면 상기 전극에 흡착된 용존고형물을 탈착하여 재생수를 생성하는 제1 필터부 및 제2 필터부; 및
   기 설정된 목표 TDS(Total Dissolved Solids)값을 가지는 정수를 생성하도록, 상기 제1 필터부 및 제2 필터부에 상기 정수전압 및 재생전압을 반복적으로 교차하여 인가하는 제어부를 포함하며,
   상기 제어부는 상기 제1 필터부 및 제2 필터부에 상기 재생전압을 인가하는 시간을 상기 정수전압을 인가하는 시간에 비해 짧게 설정하고,
   상기 제1 필터부 및 제2 필터부 중 어느 하나가 정수동작을 수행하고 있는 도중에 상기 제1 필터부 및 제2 필터부 중 다른 하나의 재생동작을 완료하고 정수동작을 수행하도록 제어하여, 상기 제1 필터부 및 제2 필터부가 동시에 정수동작을 수행하는 구간이 존재하는 축전식 탈이온 수처리 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 필터부 및 제2 필터부는
   상기 유체가 유입되는 유입구;
   상기 정수가 토출되는 정수토출구;
   상기 재생수가 토출되는 재생토출구;
   상기 유체에 전압을 인가하는 전극; 및
   상기 전극에 정수전압이 인가되면 상기 정수토출구를 개방하고 상기 재생토출구는 폐쇄하며, 상기 전극에 재생전압이 인가되면 상기 정수토출구는 폐쇄하고 상기 재생토출구를 개방하는 출수밸브를 포함하는 축전식 탈이온 수처리장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
   기 설정된 동작패턴에 따라, 기 설정된 정수시간동안 정수전압을 인가하는 정수동작 및 기 설정된 재생시간동안 재생전압을 인가하는 재생동작을 수행하는 축전식 탈이온 수처리 장치.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 제2 필터부에 대한 상기 재생시간이 도과하면, 상기 제1 필터부의 정수동작 중에 상기 제2 필터부에 대한 상기 정수동작을 시작하는 축전식 탈이온 수처리 장치.
   
5. 제3항에 있어서, 상기 동작패턴은
   상기 제1 필터부에 상기 정수전압을 인가한 후,
   제1 시간이 경과하면 상기 제2 필터부에 재생전압을 인가하고,
   제2 시간이 경과하면 상기 제2 필터부에 재생전압 인가를 중단하고,
   제3 시간이 경과하면 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하고,
   제4 시간이 경과하면 상기 제1 필터부에 재생전압을 인가하고,
   제5 시간이 경과하면 상기 제1 필터부에 재생전압 인가를 중단하고,
   제6 시간이 경과하면 상기 제1 필터부에 정수전압을 인가하는 동작을 반복 수행하는 축전식 탈이온 수처리장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1필터부 내부의 TDS농도를 측정하여 제1 측정농도를 생성하고, 상기 제2필터부 내부의 TDS농도를 측정하여 제2 측정농도를 생성하는 TDS센서부를 더포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 제1 측정농도 및 제2 측정농도에 따라, 상기 정수전압 및 재생전압을 상기 제1 필터부 및 제2 필터부에 인가하는 축전식 탈이온 수처리장치.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 제1 필터부에 상기 정수전압을 인가한 후,
   상기 제1 측정농도가 기 설정된 정수기준값 이하이면 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하고,
   상기 제1 측정농도가 기 설정된 재생기준값 이하이면 상기 제1 필터부에 재생전압을 인가하고,
   상기 제2 측정농도가 상기 정수기준값 이하이면 상기 제1 필터부에 정수전압을 인가하고,
   상기 제2 측정농도가 상기 재생기준값 이하이면 상기 제2 필터부에 재생전압을 인가하고,
   상기 제1 측정농도가 상기 정수기준값 이하이면 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하는 동작을 반복하는 축전식 탈이온 수처리장치.
   
8. 전극에 정수전압이 인가되면 유입되는 유체에 포함된 용존고형물(dissolved solids)을 상기 전극에 흡착하여 정수를 생성하는 정수동작을 수행하고, 상기 전극에 재생전압이 인가되면 상기 전극에 흡착된 용존고형물을 탈착하여 재생수를 생성하는 재생동작을 수행하는 제1필터부 및 제2필터부를 포함하는 축전식 탈이온 수처리장치의 제어방법에 있어서,
   상기 제1 필터부에 상기 정수전압을 인가하는 단계;
   제1 시간이 경과하면 상기 제2 필터부에 상기 재생전압을 인가하는 단계;
   제2 시간이 경과하면 상기 제2 필터부에 대한 상기 재생전압 인가를 중단하는 단계;
   제3 시간이 경과하면 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하는 단계;
   제4 시간이 경과하면 상기 제1 필터부에 재생전압을 인가하는 단계;
   제5 시간이 경과하면 상기 제1 필터부에 재생전압 인가를 중단하는 단계; 및
   제6 시간이 경과하면 상기 제1 필터부에 정수전압을 인가하는 단계를 포함하는 축전식 탈이온 수처리장치의 제어방법.
   
9. 전극에 정수전압이 인가되면 유입되는 유체에 포함된 용존고형물(dissolved solids)을 상기 전극에 흡착하여 정수를 생성하는 정수동작을 수행하고, 상기 전극에 재생전압이 인가되면 상기 전극에 흡착된 용존고형물을 탈착하여 재생수를 생성하는 재생동작을 수행하는 제1필터부 및 제2필터부를 포함하는 축전식 탈이온 수처리장치의 제어방법에 있어서,
   상기 제1필터부에 상기 정수전압을 인가하는 단계;
   상기 제1 필터부의 TDS 농도가 기 설정된 정수기준값 이하이면 상기 제2필터부에 정수전압을 인가하는 단계;
   상기 제1 필터부의 TDS 농도가 기 설정된 재생기준값 이하이면 상기 제1 필터부에 재생전압을 인가하는 단계;
   상기 제2 필터부의 TDS 농도가 상기 정수기준값 이하이면 상기 제1필터부에 정수전압을 인가하는 단계;
   상기 제2필터부의 TDS 농도가 상기 상기 재생기준값 이하이면 상기 제2 필터부에 재생전압을 인가하는 단계; 및
   상기 제1 필터부의 TDS 농도가 상기 정수기준값 이하이면 상기 제2 필터부에 정수전압을 인가하는 단계를 포함하는 축전식 탈이온 수처리장치의 제어방법.

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