KR102381081B1 - 광간섭 단층촬영 장치를 이용한 전극 표면 모니터링을 통해 공정 자동화한 축전식 탈염 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 축전식 탈염 전극의 표면 오염도를 광간섭 단층촬영(OCT : optical coherence tomography) 장치로 실시간 측정하고, 단층촬영한 이미지에 따라 오염도에 측정하여 적절한 시점에 전극을 세정하며 축전식 탈염 동작을 수행하여, 탈염 효율을 높이고, 전극의 수명을 늘리는 광간섭 단층촬영 장치를 이용한 전극 표면 모니터링을 통해 공정 자동화한 축전식 탈염 시스템에 관한 것으로서, 광섬유(410)를 전극모듈(100) 내부에 부분 삽입하며 회전시키게 구성한 광섬유 프로브(400)를 통해 전극 표면의 단층 이미지를 얻고, 단층 이미지를 분석하여 오염도를 측정하고 세정 또는 교체 결정하는 오염도 분석부(620)와 세정 결정에 따라 적절하게 전극 세정 공정을 수행하게 제어하는 세정 제어부(630)에 의해 제어되게 구성된다.
Description
본 발명은 축전식 탈염 전극의 표면 오염도를 광간섭 단층촬영(OCT : optical coherence tomography) 장치로 실시간 측정하고, 단층촬영한 이미지에 따라 오염도에 측정하여 적절한 시점에 전극을 세정하며 축전식 탈염 동작을 수행하여, 탈염 효율을 높이고, 전극의 수명을 늘리는 광간섭 단층촬영 장치를 이용한 전극 표면 모니터링을 통해 공정 자동화한 축전식 탈염 시스템에 관한 것이다.
축전식 탈염(CDI : Capacitive deionization) 기술은 두 전극 사이에 정전압을 인가할 시에 형성되는 전기이중층(EDL : Electric Double Layer) 영역으로 이온성 용존 고형물(dissolved solids)을 흡착하여 수처리하는 기술로서, 두 전극의 전위를 변화시키므로 공정 운전이 매우 간편하고, 다른 수처리 기술에 비해 상대적으로 전력 소모가 적고, 환경 오염 물질을 보다 적은 양으로 배출하는 환경 친화적인 장점도 갖고 있으며, 해수 담수화 기술로도 적합하다.
이러한 축전식 탈염 기술을 사용한 수처리 시스템은 두 전극 사이에 정전압을 인가하여 두 전극 사이를 통과하는 원수 내의 용존 고형물을 흡착하는 공정과, 두 전극에 축전된 전기 에너지를 방전 또는 회수하거나 아니면 역전압을 인가하는 등의 방식으로 전기이중층을 사라지게 하여 두 전극에 흡착된 용전 고형물을 탈착하는 공정을 반복한다. 또한, 탈착 공정 중에 배출되는 용존 고형물 농축수는 흡착 공정 중에 배출되는 처리수와 분리 배출되게 한다.
그런데, 축전식 탈염 기술을 실제 사용하여 처리할 원수에는 유기물처럼 전극의 표면을 오염시키는 다양한 물질들이 존재할 수 있다. 이와 같이 전극에 축적되는 오염물은 최대한 흡착할 수 있는 용존 고형물의 양, 즉, 한계흡착용량에 영향을 주어서, 탈염 효율을 저하시키고, 처리수의 수질 문제도 유발하고, 전극의 수명도 단축시키는 요인이 된다.
등록특허 제10-1650137호는 흡착 공정 및 탈착 공정 중에 두 전극 사이에 흐르는 전류 변화에 따라 흡착 공정 및 탈착 공정의 수행 시점을 결정하므로, 변동하는 한계흡착용량에 적응하며 공정처리할 수 있다. 하지만, 등록특허 제10-1650137호는 전극의 오염 문제를 근본적으로 해결하진 못한다.
이에 따라, 화학적 세정수를 주기적으로 투입하여 전극을 재생 사용하여야 하지만, 화학적 세정수의 사용에 따른 환경 오염 문제, 세정수를 보관하는 탱크 및 펌프의 유지관리 등을 고려하여, 전극의 오염도를 정확하게 측정한 결과에 따라 적절한 시점에 적정량의 세정수를 투입할 필요가 있다.
전극 오염도를 측정하는 방법으로는 처리수의 수질을 검사하여 추정하는 방법이 있으나, 측정 정확도를 보장하기 어렵다.
등록특허 제10-1954141호는 전극의 오염상태를 전기화학적 신호로 감지하여, 세정 시기를 판단한다.
하지만, 등록특허 제10-1954141호에 개시된 전극 오염도 측정 방법은 전기화학적 신호를 감지하기 위한 부가적 장치가 매우 복잡하고, 오염에 따라 나타나는 2차적인 현상을 이용하는 방식이어서 측정 정확도가 상황에 따라 저하되므로, 원수 및 처리수의 수질에 보정한다.
따라서, 전극 표면의 상태를 직접 확인하여 오염도를 판단하는 것이 바람직하며, 이를 위해서 광간섭 단층촬영(OCT : optical coherence tomography) 장치를 이용하여 얻는 전극 표면의 단측 이미지를 분석함으로써, 오염도를 판단할 수 있을 것이다.
하지만, 원수 유입구 및 원수 배출구를 갖는 밀폐된 전극모듈의 구조에 의해서, 전극모듈 내의 전극을 기존 광간섭 단층촬영 장치로 근접 촬영하기란 어렵다. 전극모듈에 투광창을 설치하여 내부를 투시하게 할 수 있으나, 이또한 광간섭 단층촬영할 시에 두꺼운 투광창의 영향을 받을 수 있고, 근접 촬영하기 곤란하여서 측정 정확도가 낮아질 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 축전식 탈염을 위해 설치된 전극을 근접 촬영하여 선명한 단층 이미지를 얻고, 단층 이미지를 분석하여 전극 표면의 오염도를 정량적으로 측정하고, 측정한 오염도에 따라 적절한 시기에 적정량의 세정수를 투입할 수 있는 광간섭 단층촬영 장치를 이용한 전극 표면 모니터링을 통해 공정 자동화한 축전식 탈염 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 광간섭 단층촬영 장치를 이용한 전극 표면 모니터링을 통해 공정 자동화한 축전식 탈염 시스템에 있어서, 상호 이격시킨 양전극 및 음전극으로 이루어지는 전극을 수용하고, 원수가 내부를 통과하게 한 전극모듈(100); 양전극 및 음전극 사이의 전압을 조절하여 축전식 탈염(CDI : Capacitive deionization) 공정을 수행하게 할 전원공급장치(200); 원수 대신에 세정수를 전극모듈(100)에 투입하여 전극 세정 공정을 수행하게 할 세정장치(300); 전극모듈(100)의 내부로 부분 삽입시켜 삽입한 부분의 단부에서 전극 표면을 향한 광 경로를 제공하게 한 광섬유(410)와, 광섬유(410)를 회전시켜 전극 표면을 향한 광 경로를 변화시키는 회동수단(440, 450)을 포함한 광섬유 프로브(400); 회동수단(440, 450)으로 광섬유(410)을 회전시키며 전극 표면을 상기 광섬유 프로브(400)를 통해 광간섭 단층촬영(OCT : optical coherence tomography)하여 전극 표면의 단층 이미지를 얻는 광간섭 단층촬영 장치(500); 상기 전원공급장치(200)를 제어하여 축전식 탈염 공정을 수행시키는 탈염 제어부(610)와, 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)로 얻는 단층 이미지를 분석하여 측정한 오염도에 따라 세정 여부를 결정하는 오염도 분석부(620)와, 세정하기로 결정할 시에 상기 세정장치(300)를 가동시켜 전극 세정 공정을 수행시키는 세정 제어부(630)를 포함한 제어모듈(600);을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 회동수단은 상기 광섬유(410)의 길이방향을 축 방향으로 하여 상기 광섬유(410)을 회전시킨다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광섬유 프로브(400)의 회동수단은 상기 광섬유(410) 중에 상기 전극모듈(100)의 외부로 노출된 부위를 파지하는 파지블록(440)을 모터(450)로 회전시켜서 상기 광섬유(410)를 회전시킨다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광섬유(410)는 상기 회동수단(440, 450)으로 회동하는 부분(410a)과 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)에 연결하는 부분(410b)으로 분리되되, 양 단부끼리 동축으로 마주하게 하여 광학적으로 연결되게 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광섬유(410)에서 상기 전극 모듈(100)에 삽입된 부분은 보호 커버(420)로 감싸되 보호 커버(420) 내부에서 회전 가능하게 하고, 단부에 그린 렌즈(411) 및 프리즘(412)이 연결되어 프리즘(412)에 의한 외주면 방향의 광 경로가 보호 커버(420)에 조성한 투명창(421)을 통해 전극 표면을 향하게 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 오염도 분석부(620)는 오염도를 정량화한 값으로 측정하여, 오염도 크기, 오염도의 변화 속도, 및 오염도의 변화 속도에 따라 기설정 오염도에 도달하는데 소요되는 예측 경과 시간 중에 적어도 어느 하나에 따라 세정 또는 교체하기로 결정한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 오염도 분석부(620)는 세정 후 오염도 또는 세정 전후 오염도 감소량에 따라 전극 교체하는 것으로 결정한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 오염도 분석부(620)는 오염도를 정량화한 값으로 검출한 전극의 단층 이미지로 사전 학습하여 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)로 얻는 단층 이미지의 입력에 따라 오염도를 출력하는 인공 신경망으로 오염도를 측정한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 오염도 분석부(620)는 오염되지 않은 전극을 사용하여 축전식 탈염 공정을 수행하는 중에 얻는 단층 이미지를 사용하여 오염 전과 상대적 평가한 오염도를 출력하도록 딥 러닝(deep learning) 기술로 학습시킨 인공 신경망으로 오염도를 측정한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 세정 제어부(630)는 오염도 크기, 오염도의 변화 속도, 및 오염도의 변화 속도에 따라 기설정 오염도에 도달하는데 소요되는 예측 경과 시간 중에 적어도 어느 하나에 따라 세정수 투입 시간 또는 세정수 투입량을 조절하도록 상기 세정장치(300)를 제어한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광섬유 프로브(400)는 상기 전극모듈(100)에 수용한 복수의 전극 중에 어느 하나의 표면 위에 놓이도록 설치되고, 상기 세정 제어부(630)는 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)에서 단층 이미지를 얻는 면적 대비 하나의 전극 표면 면적의 비율과 상기 전극모듈(100)에 수용한 전극의 개수를 반영하여 세정수 투입 시간 또는 세정수 투입량을 조절하도록 상기 세정장치(300)를 제어한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 전극에 근접하여 단층촬영한 이미지로 전극 오염도를 정확하게 측정함으로써, 보다 적절한 시점에 적정량의 세정수로 전극을 세정하여 전극 재생 사용하며, 이를 통해, 탈염 효율을 유지하며 전극 수명도 보다 연장 사용할 수 있는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명은 광섬유 프로브(400)를 사용함으로써, 공간적으로 비좁은 전극모듈(100)의 내부에 용이하게 삽입 장착하여, 전극모듈(100)의 내부 구조에 제약받지 않고 구성할 수는 장점도 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 축전식 탈염 시스템의 구성도.
도 2는 도 1에서 광섬유 프로브(400)가 설치된 부분을 확대한 도면.
도 3은 광섬유 프로브(400)의 광섬유(410)를 회전시켜 전극 표면을 스캔하며 단층촬영하는 면을 보여주는 도면.
도 4는 오염도 분석부(620)의 구성도.
도 5는 광섬유 프로브(400)의 변형 구성도.
도 2는 도 1에서 광섬유 프로브(400)가 설치된 부분을 확대한 도면.
도 3은 광섬유 프로브(400)의 광섬유(410)를 회전시켜 전극 표면을 스캔하며 단층촬영하는 면을 보여주는 도면.
도 4는 오염도 분석부(620)의 구성도.
도 5는 광섬유 프로브(400)의 변형 구성도.
이하, 본 발명의 실시 예들에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구체적이고 다양한 예시들을 보여주며 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이나 수정을 통해 실시될 수 있음도 분명하므로, 설명하는 실시 예들에 한정되지는 않는다. 그리고, 본 발명의 실시예들은 잘 알려진 부품, 회로, 기능, 방법, 전형적인 상세한 내용에 대해서는 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 추가하여 실시할 수 있으므로, 자세히 기술하지 않기로 한다.
본 발명의 실시 예는 소프트웨어와 하드웨어가 결합된 형태로 구현된 구성요소를 포함할 수 있고, 소프트웨어와 하드웨어 형태는 부품, 모듈, 부 등으로 기술될 수 있으며, 기록매체에 구현된 컴퓨터에서 읽을 수 있는 프로그램 코드의 형태로 구현될 수 있다.
구성요소 사이의 연결은 물을 흐름을 위해 유로를 형성하는 것일 수 있고, 데이터, 신호, 정보 등을 전달하기 위해 유선 연결 또는 무선 연결일 수 있고, 빛 경로를 형성하기 위한 광학적 연결이 수 있으며, 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 간접 연결되어 있는 경우도 포함할 수 있다.
어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
'또는',' 적어도 하나' 등의 표현은 함께 나열된 구성요소 중에 하나를 나타내거나 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 축전식 탈염 시스템의 구성도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 축전식 탈염 시스템은 상호 이격시킨 양전극(120) 및 음전극(130)으로 이루어지는 전극(120, 130)을 수용하고 원수가 내부를 통과하게 하게 한 전극모듈(100)과, 양전극(120) 및 음전극(130)에 인가하는 전압을 조절하여 축전식 탈염(CDI : Capacitive deionization) 공정을 수행하게 할 전원공급장치(200)와, 원수 대신에 세정수를 전극모듈(100)에 투입하여 전극 세정 공정을 수행하게 할 세정장치(300)와, 전극모듈(100)의 부분 삽입한 광섬유 프로브(400)와, 전극(120, 130) 표면을 상기 광섬유 프로브(400)를 통해 광간섭 단층촬영(OCT : optical coherence tomography)하여 단층 이미지를 얻는 광간섭 단층촬영 장치(500)와, 축전식 탈염 공정을 수행시키는 중에 전극(120, 130)의 오염도에 따라 전극 세정 공정을 수행시키도록 제어 동작하는 제어모듈(600)을 포함한다.
유로 형성을 위해서, 상기 전극모듈(100)에 원수를 공급하는 원수 유입관(10)에 설치한 세정용 3웨이 밸브(11)를 통해 세정수를 상기 전극모듈(100)에 선택적으로 공급할 수 있게 하고, 축전식 탈염 공정 중에 흡장 공정을 수행할 시에 상기 전극모듈(100)에서 배출되는 처리수의 유로를 형성하는 처리수 배출관(20)에 배출구측 3웨이 밸브(21)를 설치하여서, 축전식 탈염 공정 중에 탈착 공정을 수행할 시에 상기 전극모듈(100)에서 배출되는 농축수와 전극 세정 공정을 수행할 시에 상기 전극모듈(100)에서 배출되는 세정수를 처리수와 분리 배출되게 한다. 여기서, 상기 세정용 3웨이 밸브(11) 및 배출구측 3웨이 밸브(21)는 전동식 밸브로 구성하여서, 상기 제어모듈(600)에서 제어할 수 있게 한다.
그리고, 상기 제어모듈(600)은 상기 전원공급장치(200), 세정용 3웨이 밸브(11) 및 배출구측 3웨이 밸브(21)를 제어하여 축전식 탈염 공정을 수행하는 탈염 제어부(610)와, 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)에서 얻는 전극(120, 130) 표면의 단층 이미지를 분석하여 전극(120, 130) 표면의 오염도를 측정하고 오염도에 따라 탈염 성능을 복원하기 위한 처리방안을 결정하는 오염도 분석부(620)와, 오염도 분석부(620)에서 결정한 처리방안 중에 세정인 경우에 상기 세정장치(300), 세정용 3웨이 밸브(11) 및 배출구측 3웨이 밸브(21)를 제어하여 전극 세정 공정을 수행하는 세정 제어부(630)와, 축전식 탈염 공정을 수행하는 데 적용하는 각종 운영 조건, 측정한 오염도, 오염도에 따라 처리방안을 결정하는 데 적용하는 각종 운영 조건, 전극 세정 공정을 수행하는 데 적용하는 각종 운영조건 등을 저장하기 위한 메모리(640)를 구비한다.
먼저, 본 발명이 속한 기술분야에서 상기 전극모듈(100). 전원공급장치(200) 및 세정장치(300)는 공지의 구성요소이고, 상기 탈염 제어부(610)에 의해 수행하는 축전식 탈염 공정도 공지의 공정이므로 간략하게 설명하고, 광간섭 단층촬영 장치(500)도 잘 알려진 공지의 구성요소이므로 간략하게 설명한 후, 광간섭 단층촬영 기술을 이용하기 위한 특징적 구성요소인 광섬유 프로브(400), 오염도 분석부(620) 및 세정 제어부(630)에 상세하게 설명하고, 광섬유 프로브(400)를 통해 단층촬영하는 광간섭 단층촬영 장치(500)의 변형 구성한 부분에 대해서도 설명한다.
상기 전극모듈(100)은 원수 유입관(10)으로 유입된 원수가 내부를 통과한 후 처리수 배출관(20)으로 배출되게 구성된 하우징(110)과, 상호 이격시킨 양전극(120) 및 음전극(130)을 한쌍으로 하여 하우징(110)의 내부에 수용되게 한 전극(120, 130)을 포함하고, 공지된 바와 같이 양전극(120) 및 음전극(130) 사이에 스페이서를 배치하여 원수가 통과할 유로를 안정적으로 확보하고, 이온교환막도 배치하여 흡착되는 이온의 선택도를 높이고 구성될 수도 있다. 흡착 능력을 높이기 위해서 양전극(120) 및 음전극(130)를 교호적으로 설치할 수도 있다. 도 1에서는 상기 전극모듈(100)의 구조를 개략적으로 도시하였지만, 전극(120, 130)의 단자를 하우징(110) 외부로 노출시켜 단자를 전원공급장치(200)에 연결하는 구조 또는 양전극(120) 및 음전극(130) 사이를 통과시키는 다양한 유로 조성 구조 등을 갖게 할 수도 있다.
상기 전원공급장치(200)는 양전극(120) 및 음전극(130) 사이의 전압을 조절하여 흡착 공정과 탈착 공정을 번갈아가며 수행하는 축전식 탈염 공정을 수행하게 한다. 여기서, 흡착 공정은 양전극(120) 및 음전극(130) 사이에 정전압을 인가하여서 원수 내의 이온성 용존 고형물을 양전극(120) 및 음전극(130)의 정전기적 인력으로 흡착하는 공정이다. 탈착 공정은 정전압 인가를 중단하고 양전극(120) 및 음전극(130) 사이를 단락시키는 방식, 흡착 공정할 시에 인가하는 정전압과는 반대되는 역전압을 인가하는 방식, 양전극(120) 및 음전극(130)의 전위차에 따라 축적된 전기 에너지를 회수하는 방식 등으로 양전극(120) 및 음전극(130)의 흡착 용존 고형물을 탈착시키는 공정이다. 상기 전원공급장치(200)는 흡착 공정 및 탈착 공정에서 양전극(120) 및 음전극(130) 사이에 흐르는 전류를 측정하게 구성되기도 한다.
상기 제어모듈(600)의 탈염 제어부(610)는 상기 세정용 3웨이 밸브(11)를 제어하여 원수를 상기 전극모듈(100)에 투입되게 한 상태에서 상기 전원공급장치(200)를 제어하여 흡착 공정과 탈착 공정을 번갈아가며 수행하게 하고, 상기 배출구측 3웨이 밸브(21)를 제어하여 탈착 공정을 수행할 시에 배출되는 농축수를 흡착 공정을 수행할 시에 배출되는 처리수와 분리하여 배출되게 한다. 상기 세정장치(300)는 흡착 공정 및 탈착 공정의 수행 시점 또는 수행 시간을 운영 환경에 따라 조절하게 구성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 전원공급장치(200)에서 측정한 전류, 도시하지는 아니하였지만 원수 유입관(10)에 측정할 수 있는 원수 투입량, 처리수 배출관(20)를 측정할 수 있는 처리수 수질 등에 따라 조절할 수 있다.
상기 세정장치(300)는 유기물처럼 전극(120, 130) 표면의 오염을 유발하는 다양한 오염물에 의해 오염된 전극(120, 130)을 세정하기 위한 장치로서, 예시적으로 세정수를 담아둔 세정수 탱크(320)와, 세정수 탱크(320)에 담아둔 세정수를 펌핑하여 상기 전극모듈(100)에 투입하는 펌프(310)를 포함할 수 있지만, 이에 한정하는 것은 아니며, 다른 예로서, 등록특허 제10-1954141호처럼 농축수를 사용할 수 있고, 세정수를 희석하여 사용할 수도 있다.
상기 세정장치(300)를 제어하는 상기 세정 제어부(630)는 축전식 탈염 공정은 중단한 상태에서 상기 세정용 3웨이 밸브(11)를 제어하여 세정수를 원수 대신에 전극모듈(100)에 투입하고, 상기 배출구측 3웨이 밸브(21)를 제어하여 세정 후의 세정수를 농축수 배출 측으로 배출되게 하는 전극 세정 공정을 수행한다. 본 발명의 실시 예에 따르면 다양한 조건에 따라 전극 세정 공정을 수행하도록 구성되며, 하기에서 본 발명의 특징적 구성을 설명할 시에 상세하게 설명한다.
상기 광간섭 단층촬영 장치(500)는 하나의 광원에서 출사한 광을 기준광과 측정광으로 분할한 후 기준광은 특정 위치의 미러에 반사시켜 분광기에 입사시키고, 측정광은 단층 이미지를 얻기 위한 대상물(본 발명에서는 전극)에 반사시킨 후 분광기에 입사시키며, 분광기에서 기준광과 측정광의 간섭광을 분석하여 얻는 기준광과 측정광의 광 경로 거리차에 따라 대상물의 단층 이미지를 얻는다. 이를 위한 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)는 광을 기준광 및 측정광으로 분리함은 물론이고반사된 기준광 및 측정광으로 분광기에 입사시키는 광 커플러와, 기준광 및 측정광의 광 경로를 위한 광학계를 포함한다. 또한, 대상물을 향한 측정광을 조사하며 대상물을 반사된 측정광을 입사되게 하는 광학계는 방사 방향을 일정 범위 내에서 조절 가능하지만 대상물의 넓은 표면을 스캔하기 위해서 스캐너를 추가하는 데, 본 발명에서는 상기 광섬유 프로브(400)의 광섬유(410)에 연결되므로, 광섬유(410)와 광학적으로 연결하게 구성되고, 스캐너 기능은 필요치 아니한다.
이하, 본 발명의 특징적 구성요소인 광섬유 프로브(400)와, 제어모듈(600)의 오염도 분석부(620) 및 세정 제어부(630)에 대해서 도 2 내지 도 4에서 보여주는 일 실시 예를 참조하며 상세하게 설명한다. 또한, 광섬유 프로브(400)와, 제어모듈(600)의 오염도 분석부(620) 및 세정 제어부(630)에 연계된 구성요소의 변경 부분에 대해서도 설명한다.
도 2는 도 1에서 광섬유 프로브(400)가 설치된 부분을 확대한 도면이다.
도 3은 광섬유 프로브(400)의 광섬유(410)를 회전시켜 전극 표면을 스캔하며 단층촬영하는 면을 보여주는 도면이다.
도 4는 오염도 분석부(620)의 구성도이다.
상기 광섬유 프로브(400)는 상기 전극모듈(100)의 하우징(110) 내부에 부분 삽입시킨 광섬유(410)와, 광섬유(410) 중에 상기 하우징(110)에 삽입된 부분을 감싸는 보호 커버(420)와, 광섬유(410)의 길이방향을 축 방향으로 하여 상기 광섬유(410)을 회전시키는 회동수단(440, 450)과, 회동수단(440, 450)을 내부에 수용하며 상기 전극모듈(100)에 고정되는 케이스(430)를 포함한다.
구체적으로, 상기 광섬유(410)는 상기 전극모듈(100)의 하우징(110)을 관통하여 상기 하우징(110) 내부로 부분 삽입시켜서 상기 하우징(110) 내부에 수용한 복수의 전극(120, 130) 중에 어느 하나의 전극(120)에 삽입 부분의 단부를 근접시키고, 상기 하우징(110)에 삽입한 부분과 반대되는 단부를 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)에 연결시켜서, 내부 중심의 코어를 통해서 상기 하우징(110)에 삽입한 부분의 단부와 상기 광간섭 단층촬영 장치(500) 사이에 광 경로를 제공한다.
도 2에는 상기 광섬유(410)의 삽입 부분의 단부를 양전극(120)에 근접시키는 것으로 도시되어 있으나, 음전극(130)에 근접시킬 수도 있다. 일반적으로 상기 전극모듈(100)은 복수 전극(120, 130)을 내부에 넣은 후 덮는 커버의 내부측에 여유 공간이 있으므로, 그 여유 공간에 삽입하여 최외곽측에 적층된 전극과 근전하게 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전극모듈(100)에 부분 삽입한 상기 광섬유(410)의 단부와 소정 간격을 유지할 수 있는 전극에 근접시킬 수 있으면 된다.
상기 광섬유(410) 중에 상기 하우징(110)에 삽입한 부분의 단부에는 내부 중심의 코어와 이어지며 근접한 전극(120)을 향하게 하는 광 경로를 제공하는 구성이 구비되며, 본 발명의 실시 예에 따르면, 광섬유(410)에서 방출되는 빛의 초점을 전극의 표면에 형성하기 위한 그린 렌즈(Grin Lens, 411)와, 그린 렌즈(411)에서 방출된 빛의 방사 방향을 전극을 향하도록 빔 편광 기능을 하는 프리즘(412)이 구비된다.
이에 따라, 상기 광섬유(410)의 코어에서 방출되는 빛은 그린 렌즈(411)를 경유한 후 프리즘(412)에 의해서 외주면 방향으로 반사되어 전극(120)을 항하게 되고, 전극(120)에서 반사된 빛이 역으로 프리즘(412) 및 그린 렌즈(411)를 통해 상기 광섬유(410)의 코어로 입사되므로, 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)에서 상기 광섬유(410)를 통해 전극(120)의 표면을 단층촬영할 수 있다.
상기 보호 커버(420)는 상기 광섬유(410) 중에 전극모듈(100)에 삽입한 부분 전체를 감싸 방수하도록 일단이 막히 원통 형태로 구성되되, 상기 광섬유(410)를 내부에서 회전 가능하게 지지하는 기능도 하며, 이를 위해서 광섬유(410)에 외삽되고 회전 가이드링(422)에는 내삽되는 회전 가이드링(422)을 내주면에 구비한다. 이때의 회전 가이드링(422)는 광섬유(410)의 회전시 마찰 저항을 줄여서, 베어링 기능을 하게 할 수 있으며, 가능하면 베어링으로 구성하고, 방수을 위한 오링도 근접 설치하는 것이 좋다. 도면에는 표시하지 아니하였지만, 상기 보호 커버(420)는 전극 모듈(100)을 관통하며 케이스(430)에 이어지게 구성할 시에 관통 부위도 방수한다.
그리고, 상기 보호 커버(420) 중에 상기 광섬유(410)의 단부를 감싸는 부분에는 그린 렌즈(411) 및 프리즘(412)에 의해 전극 표면을 향하는 빛을 투과시키는 투명창(421)이 설치된다. 이에 그린 렌즈(411) 및 프리즘(412)에 의해서 외주면 방향을 향하는 광 경로는 투명창(421)을 통해서 전극 표면을 향해 형성된다.
이때의 투명창(421)은 적어도 상기 회동수단(440, 450)에 의해 회전하는 상기 광섬유(410)의 회전각만큼 원주방향을 따라 길게 형성되어서, 그린 렌즈(411) 및 프리즘(412)에 의해서 전극 표면을 향해 형성되는 광 경로가 상기 회동수단(440, 450)에 의해 변화하더라도 투명창(421)을 통해 전극 표면을 향해 형성되게 한다.
상기 회동수단(440, 450)은 전극모듈(100)에 고정하는 상기 케이스(430)에 설치되며, 상기 광섬유(410) 중에 상기 전극모듈(100)의 외부로 노출된 부위를 파지하며 외주면에 종동 기어(441)를 구비하여 파지한 광섬유(410)를 광섬유(410)의 길이 방향을 회전 축으로 하여 회전할 수 있게 한 파지블록(440)과, 상기 종동 기어(441)에 맞물리는 주동 기어(451)를 회전축에 고정하여 회전시킴으로써 광섬유(410)를 회전시킬 수 있는 모터(450)를 포함한다. 도면에 상세하게 도시하지 아니하였지만, 파지블록(440)을 베어링으로 지지하여 회전을 원활하게 할 수 있고, 상기 케이스(430)는 베어링을 설치할 수 있는 구조와 모터(450)를 고정할 수 있는 구조를 갖는다.
여기서, 상기 모터(450)는 도 3에 도시한 바와 같이 전극(120) 표면 중에 단층촬영할 영역(A)을 스캔(scan)하며 촬영하도록 광섬유(410)를 정역회전시키되 스캔 범위에 대응되는 회전각으로 제한하게 구동시킨다. 도 3에서, 광섬유(410)를 회전시키지 아니할 시에 단층촬영할 수 있는 영역(a)은 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)에 의해 결정되므로, 이 영역(a)의 폭과, 상기 모터(450)에 의해 제한된 회전 범위에 대응되는 길이를 갖는 영역(A)이 스캔하여 단층촬영할 수 있는 영역으로 결정된다.
상기 광간섭 단층촬영 장치(500)는 상기 광섬유(410)를 통해서 전극 표면에 측정광을 조사하고, 전극 표면에 반사되어 상기 광섬유(410)를 통해 입사되는 측정광을 잘 알려진 바와 같이 기준광과 합성하여 얻는 간섭광으로부터 측정광 조사 위치의 단층을 이미지화하며, 동시에 상기 모터(450)를 가동시켜 상기 광섬유(410)를 소정 각도의 범위 내에서 회전시켜 측정광이 전극 표면을 따라 스캔(Scan)하며 조사되게 함으로써, 도 3에 도시한 바와 같이 전극 표면 중 일부 영역(A)의 단층 이미지를 얻는다. 한편, 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)는 상기 광섬유(410)에 광을 입사시킨 후 그린 렌즈(411)에 반사되는 광을 기준광으로 하고, 전극에 반사되는 광을 측정광으로 사용하도록 구성될 수도 있다.
상기 제어모듈(600)의 오염도 분석부(620)는 도 4에 예시한 바와 같이 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)에서 얻은 단층 이미지를 분석하여 전극 표면의 오염도를 정량화한 값으로 얻는 오염도 정량화부(621)와, 오염도에 따라 처리방안을 결정하는 처리방식 결정부(622)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에서 상기 오염도 정량화부(621)는 입력층(input layer, 621a), 은닉층(hidden layer, 621b) 및 출력층(output layer, 621c)을 포함한 인공신경망(artificial neural network)으로 구성하여서, 단층 이미지 데이터를 입력층(621a)에 입력하면 정량화한 값의 오염도를 출력층(621c)으로 출력한다. 물론, 단층 이미지 데이터를 전처리하여 입력 데이터를 생성한 후 입력측(621a)에 입력하는 기술도 적용할 수 있다.
이러한 상기 오염도 정량화부(621)는 오염되지 않은 전극의 이미지, 검출한 오염도가 상이한 다수 전극의 이미지 등을 적용하여 사전 학습시킨 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 인위적으로 오염시키거나 전극모듈(100)에서 사용되어 오염된 전극을 취하여 오염 상태에 따라 오염도를 결정하고, 해당 전극의 이미지를 얻은 후, 전극 이미지 데이터를 입력층(621a)에 입력하여서 오염도가 출력층(621c)에서 출력하도록 역전파 알고리즘(BackPropagation)으로 학습시킬 수 있다.
변형 실시 예로서, 상기 오염도 정량화부(621)는 전극모듈(100)의 전극을 교체하여 오염되지 않은 상태로 최초 운전하거나 전극모듈(100)을 설치한 후 최초 시운전할 때부터 얻는 단층 이미지를 사용하여 딥 러닝(deep learning) 기술에 따라 학습시킬 수도 있다.
즉, 오염되지 않은 전극을 사용하여 축전식 탈염 공정을 수행하는 중에 오염도가 점차적으로 증가하는 전극의 단층 이미지를 예를 들어 일정 주기로 얻어 메모리에 저장하고, 저장한 단층 이미지를 적용하여 상기 오염도 정량화부(621)를 딥 러닝 기술로 학습시켜서, 오염 이전과 상대적 평가한 값을 출력하게 할 수 있다.
예를 들어, 전극 교체한 이후 운전하거나 시운전한 후 원수의 수질 또는 처리수의 수질에 따라 최초로 세정 공정을 수행할 때까지 얻는 단층 이미지를 사용하여서, 오염 이전을 '0'으로 하고 세정 공정 직전의 단층 이미지를 최대치로 하는 오염도 범위로 오염도를 출력하도록 딥 러닝(deep learning) 기술에 따라 학습시킬 수 있다.
상기 처리방식 결정부(622)는 상기 오염도 정향화부(621)에서 출력하는 오염도에 따라 처리방안을 결정한다. 여기서, 처리방안은 메모리(640)에 미리 저장하여둔 결정 조건에 따라 결정하는 세정 및 교체로 할 수 있다. 그리고, 처리방안의 결정 조건은 오염도 크기, 오염도 변화 속도, 및 기설정 오염도 도달 경과 시간 중에 어느 하나에 대한 것으로 할 수 있다.
구체적으로, 오염도 크기에 대해서, 세정 및 교체에 대해 각각 오염도 값을 기설정하여 두어서 측정한 오염도가 기설정 오염도에 도달할 시에 처리방안을 결정한다. 여기서, 교체는 세정하더라도 오염도를 충분히 낮추지 못할 시에 처리방안으로 결정하도록 결정 조건을 추가할 수도 있으며, 이를 위해서 세정 후 측정한 오염도 크기를 기설정 오염도 값과 비교하여 처리방안으로 결정하게 할 수 있다. 또는, 세정 효과를 나타내는 오염도 감소량을 기설정하여 두고, 세정 전후에 각각 측정한 오염도의 차이에 따라 산정한 오염도 감소량과 기설정 오염도 감소량을 비교하여 교체 여부를 결정할 수도 있다.
오염도 변화 속도에 대해서는, 세정에 대해 오염도 속도값을 기설정하여 두어서, 실시간으로 측정되는 오염도의 변화 속도가 기설정 오염도 속도값에 도달할 시에 세정을 처리방안으로 결정한다. 즉, 오염도가 심한 단계로 접어들기 전에 미리 세정하여 오염도를 낮출 수 있다. 교체에 대해서도 별도의 오염도 속도값을 기설정하여 두어서, 세정할 때마다 측정한 세정 후 오염도의 변화 속도가 기설정 오염도 속도값에 도달할 시에 교체를 처리방안으로 결정할 수 있다. 즉, 세정 후의 오염도는 세정에 의해서 제거되지 않은 오염물이 누적하여 증가되므로, 그 증가 속도에 따라 교체 결정하게 할 수 있다.
기설정 오염도 도달 경과 시간에 대해서는, 세정에 대해 설정한 오염도값에 도달하는 데 소요되는 경과 시간과, 교체에 대해 설정한 오염도값에 도달하는 데 소요되는 경과 시간을 각각 오염도의 변화 속도에 따라 예측할 수 있으므로, 경과 시간에 대한 결정 조건으로 미리 설정하여 두어서, 세정 아니면 교체 결정하게 할 수 있다.
한편, 도 4에 예시한 바에 따르면, 상기 오염도 분석부(620)은 오염도 정량화부(621) 및 처리방식 결정부(622)로 구성되는 것으로 하였으나, 단층 이미지 데터를 입력받아 처리방안을 출력하는 하나의 인공신경망으로 구성할 수도 있다. 이때의 인공신경망은 분류 계층(Classification Layer)을 포함한 출력층(output layer)을 갖게 구성하여서, 처리방안을 출력하게 학습시켜 사용된다.
이와 같이 상기 오염도 분석부(620)는 처리방안으로서 교체로 결정할 시에 축전식 탈염 시스템의 운영자에 알리기 위해 알람한다. 도시하지는 아니하였지만, 모니터 화면, 경고램프, 경고스피커 등으로 알람하거나 또는 운영자에 통신으로 알려주게 할 수 있다.
상기 제어모듈(600)의 세정 제어부(630)는 상기 오염도 분석부(620)에서 세정 결정할 시에 작동하여서 전극 세정 공정을 수행한다. 이를 위해서, 상기 세정용 3웨이 밸브(11)를 제어하여 세정수를 원수 대신에 상기 전극모듈(100)에 투입할 수 있는 상태로 하고, 상기 배출구측 3웨이 밸브(21)를 제어하여 상기 전극모듈(100)에서 배출되는 세정수를 처리수와 분리 배출할 수 있게 한 상태에서, 상기 세정장치(300)를 가동시켜 세정수를 상기 전극모듈(100)에 투입시킨다. 이때에는 축전식 탈염 공정을 중단하는 것이 좋다.
상기 세정 제어부(630)는 전극 세정 공정을 수행하도록 제어 동작을 수행할 시에, 오염도 크기, 오염도의 변화 속도, 및 오염도의 변화 속도에 따라 기설정 오염도에 도달하는데 소요되는 경과 시간 중에 적어도 어느 하나에 따라 세정수 투입 시간 또는 세정수 투입량을 조절할 수도 있다.
즉, 상기 오염도 분석부(620)에서 세정 결정하게 한 측정 오염도, 측정 오염도 변화 속도, 및 기설정 오염도 도달 경과 시간의 값을 넘겨받아서, 그 값의 크기에 따라 세정수 투입 시간을 조절하거나 또는 세정수 투입량을 조절하여서, 오염도가 심할수록 세정수 투입 시간을 늘려 총 세정수 투입량을 늘리거나 또는 시간당 세정수 투입량을 늘려 총 세정수 투입량을 늘리게 할 수 있다.
그런데, 상기에서 설명한 바와 같이 전극모듈(100)에 수용한 복수의 전극 중에 어느 하나의 전극에 대해 단층 이미지를 얻고, 또한, 그 하나의 전극 중에 일부의 표면의 단층 이미지를 얻어서 오염도를 측정하여 세정 결정하였으므로, 단층 이미지를 얻는 면적 대비 하나의 전극 표면 면적의 비율과, 상기 전극모듈(100)에 수용한 전극의 개수를 메모리에 설정값으로 저장하여 둔다. 그리고, 상기 세정 제어부(630)는 설정값을 반영하여 세정수 투입 시간 또는 세정수 투입량을 조절함으로써, 복수 전극을 세정할 수 있는 충분한 양의 세정수를 투입하게 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 축전식 탈염 시스템은 전극모듈(100)의 비좁은 내부 구조에 구애받지 아니하고 장착할 수 있는 광섬유 프로브(400)를 구비하여 전극을 근접 단층촬영함으로써, 전극 표면의 단층 이미지를 보다 선명하게 얻을 수 있고, 단층 이미지에 따라 전극의 오염도를 정량적인 값으로 결정하여 오염도에 따른 처리방안을 결정한 후 조치함으로써, 전극 표면의 오염도에 맞춰 적절한 시점에 적절한 양의 세정수를 사용하여 세정하는 공정을 자동 수행하여 전반 공정을 자동화한 운용이 가능하고, 전극의 탈염 성능을 최대한 확보하여 탈염 효율을 높이고, 전극을 수명 연장하며 사용할 수 있다.
도 5는 광섬유 프로브(400)의 변형 구성도이다.
도 5를 참조하면, 상기 광섬유 프로브(400)는 상기 광섬유(410)를 상기 회동수단(440, 450)으로 회전시킬 회동 부분(410a)과 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)에 연결할 비회동 부분(410b)으로 분리되도록 절단되되, 회동 부분(410a)와 비회동 부분(410b)의 절단된 단부끼리 동축으로 마주하게 하여 광학적으로 연결되게 하고 상대적 회동을 가능하게 한다.
즉, 회동 부분(410a)은 전극모듈(100)에 삽입한 부분과 회동수단(430, 450)의 파지블록(440)으로 파지한 부분을 포함하는 데, 회전하지 않게 고정한 비회동 부분(410b)과 광학적으로 연결되어 빛이 전파되게 함으로써, 회전에 의해 전극 표면을 스캔하여 단층촬영하게 한다.
이를 위해서, 회동 부분(410a)과 비회동 부분(410b)은 상호 근접하며 마주하게 한 광 커넥터(413, 414)를 단부에 설치하여서 광 커넥터(413, 414)를 통해 광학적으로 연결되게 할 수 있다. 이때의 광 커넥터(413, 414)는 예를 들어 페룰(ferrule)을 포함하게 구성할 수 있다. 파지블록(440)은 광 커넥터(413)를 설치한 회동 부분(410a)의 단부측을 여유 있게 관통시키되, 광 커넥터(413)를 부분 노출시켜 비회동 부분(410b)의 광 커넥터(414)와 광학적으로 연결할 수 있게 하고, 그 관통 부위의 여유 공간에는 예를 들어 실리콘을 주입하여 형성한 충진재(442)에 의해서 회동 부분(410a)을 견고하게 파지하게 할 수 있다.
이와 같이 상기 광섬유 프로브(400)를 구성함으로써, 광섬유(410)의 꼬임은 방지하면서 보다 넓은 면적의 단층 이미지를 얻을 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 예시한 본 발명의 실시 예에 따르면, 광섬유(410) 중에 전극모듈(100)에 삽입한 부분은 전극(120, 130)과 평행하게 배치되는 것으로 보여주지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 변형 실시 예로서 전극(120, 130)의 표면의 법선 방향을 따라 배치되게 할 수도 있다. 이 경우에는 상기 프리즘(412)에 의해 반사되어 전극 표면을 향하는 빛이 광섬유(410)의 길이방향과 예각을 이루는 방향을 향하게 하여서, 광섬유(410)를 회전시켜 전극 표면에 원을 그리며 스캔하게 한다. 이를 위한 상기 프리즘(412)은 적절한 각도의 빛 반사면을 갖도록 연마시킨 것을 사용하고, 상기 회동수단(440, 450)은 광섬유(410)를 360°각도로 정역회전시키거나 또는 도 5에 도시한 바와 같이 광섬유(410)를 분리시킨 경우 일방향으로 회전시키게 한다.
한편, 전극모듈(100)의 전극은 평판형인 경우의 실시 예를 설명하였으나 나권형 전극인 경우일 수도 있다. 이 경우에는 나권형 전극의 표면을 길이방향(원주방향과 직교하는 방향)으로 스캔하며 단층 이미지를 얻도록 광섬유(410)를 전극모듈(100)에 삽입한다.
한편, 본 발명의 실시 예에서는 하나의 광섬유 프로브(400)를 구비하지만, 2개 이상의 광섬유 프로브(400)를 구비할 수도 있다. 이 경우, 양전극과 음전극을 적어도 하나씩 단층촬영하여 전극별로 오염도를 측정하고, 전극별 오염도에 따라 세정 방식을 결정할 수도 있다. 즉, 양전극을 오염시키는 오염물과 음전극을 오염시키는 오염물을 일부 차이가 있을 수 있기 때문이다. 이에 따라, 양전극 오염도에 따라 사용할 세정수와 음전극의 오염도에 따라 사용할 세정수를 선택적으로 투입할 수 있는 세정장치(300)를 사용하는 것도 좋다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10 : 원수 유입관 11 : 세정용 3웨이 밸브
20 : 처리수 배출관 21 : 배출구측 3웨이 밸브
100 : 전극모듈
110 : 하우징 120 : 양전극 130 : 음전극
200 : 전원공급장치
300 : 세정장치 310 : 펌프 320 : 세정수 탱크
400 : 광섬유 프로브
410, 410a,410b : 광섬유
411 : 그린 렌즈 412 : 프리즘 413,414 : 광 커넥터
420 : 보호 커버 421 : 투명창 422 : 회전 가이드링
430 : 케이스
440 : 파지블록 441 : 종동 기어 442 : 충진재
450 : 모터 451 : 주동 기어
500 : 광간섭 단층촬영 장치
600 : 제어모듈
610 : 탈염 제어부
620 : 오염도 분석부 621 : 오염도 정량화부 622 : 처리방식 결정부
630 : 세정 제어부
640 : 메모리
20 : 처리수 배출관 21 : 배출구측 3웨이 밸브
100 : 전극모듈
110 : 하우징 120 : 양전극 130 : 음전극
200 : 전원공급장치
300 : 세정장치 310 : 펌프 320 : 세정수 탱크
400 : 광섬유 프로브
410, 410a,410b : 광섬유
411 : 그린 렌즈 412 : 프리즘 413,414 : 광 커넥터
420 : 보호 커버 421 : 투명창 422 : 회전 가이드링
430 : 케이스
440 : 파지블록 441 : 종동 기어 442 : 충진재
450 : 모터 451 : 주동 기어
500 : 광간섭 단층촬영 장치
600 : 제어모듈
610 : 탈염 제어부
620 : 오염도 분석부 621 : 오염도 정량화부 622 : 처리방식 결정부
630 : 세정 제어부
640 : 메모리
Claims (12)
- 상호 이격시킨 양전극 및 음전극으로 이루어지는 전극을 수용하고, 원수가 내부를 통과하게 한 전극모듈(100);
양전극 및 음전극 사이의 전압을 조절하여 축전식 탈염(CDI : Capacitive deionization) 공정을 수행하게 할 전원공급장치(200);
원수 대신에 세정수를 전극모듈(100)에 투입하여 전극 세정 공정을 수행하게 할 세정장치(300);
전극모듈(100)의 내부로 부분 삽입시켜 삽입한 부분의 단부에서 전극 표면을 향한 광 경로를 제공하게 한 광섬유(410)와, 광섬유(410)를 회전시켜 전극 표면을 향한 광 경로를 변화시키는 회동수단(440, 450)을 포함한 광섬유 프로브(400);
회동수단(440, 450)으로 광섬유(410)을 회전시키며 전극 표면을 상기 광섬유 프로브(400)를 통해 광간섭 단층촬영(OCT : optical coherence tomography)하여 전극 표면의 단층 이미지를 얻는 광간섭 단층촬영 장치(500);
상기 전원공급장치(200)를 제어하여 축전식 탈염 공정을 수행시키는 탈염 제어부(610)와, 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)로 얻는 단층 이미지를 분석하여 측정한 오염도에 따라 세정 여부를 결정하는 오염도 분석부(620)와, 세정하기로 결정할 시에 상기 세정장치(300)를 가동시켜 전극 세정 공정을 수행시키는 세정 제어부(630)를 포함한 제어모듈(600);
을 포함한 축전식 탈염 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 회동수단은
상기 광섬유(410)의 길이방향을 축 방향으로 하여 상기 광섬유(410)을 회전시키는
축전식 탈염 시스템. - 제 2항에 있어서,
상기 광섬유 프로브(400)의 회동수단은
상기 광섬유(410) 중에 상기 전극모듈(100)의 외부로 노출된 부위를 파지하는 파지블록(440)을 모터(450)로 회전시켜서 상기 광섬유(410)를 회전시키는
축전식 탈염 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 광섬유(410)는
상기 회동수단(440, 450)으로 회동하는 부분(410a)과 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)에 연결하는 부분(410b)으로 분리되되, 양 단부끼리 동축으로 마주하게 하여 광학적으로 연결되게 한
축전식 탈염 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 광섬유(410)에서 상기 전극 모듈(100)에 삽입된 부분은
보호 커버(420)로 감싸되 보호 커버(420) 내부에서 회전 가능하게 하고, 단부에 그린 렌즈(411) 및 프리즘(412)이 연결되어 프리즘(412)에 의한 외주면 방향의 광 경로가 보호 커버(420)에 조성한 투명창(421)을 통해 전극 표면을 향하게 한
축전식 탈염 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 오염도 분석부(620)는 오염도를 정량화한 값으로 측정하여, 오염도 크기, 오염도의 변화 속도, 및 오염도의 변화 속도에 따라 기설정 오염도에 도달하는데 소요되는 예측 경과 시간 중에 적어도 어느 하나에 따라 세정 또는 교체하기로 결정하는
축전식 탈염 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 오염도 분석부(620)는
세정 후 오염도 또는 세정 전후 오염도 감소량에 따라 전극 교체하는 것으로 결정하는
축전식 탈염 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 오염도 분석부(620)는
오염도를 정량화한 값으로 검출한 전극의 단층 이미지로 사전 학습하여 상기 광간섭 단층촬영 장치(500)로 얻는 단층 이미지의 입력에 따라 오염도를 출력하는 인공 신경망으로 오염도를 측정하는
축전식 탈염 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 오염도 분석부(620)는
오염되지 않은 전극을 사용하여 축전식 탈염 공정을 수행하는 중에 얻는 단층 이미지를 사용하여 오염 전과 상대적 평가한 오염도를 출력하도록 딥 러닝(deep learning) 기술로 학습시킨 인공 신경망으로 오염도를 측정하는
축전식 탈염 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 세정 제어부(630)는
오염도 크기, 오염도의 변화 속도, 및 오염도의 변화 속도에 따라 기설정 오염도에 도달하는데 소요되는 예측 경과 시간 중에 적어도 어느 하나에 따라 세정수 투입 시간 또는 세정수 투입량을 조절하도록 상기 세정장치(300)를 제어하는
축전식 탈염 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 광섬유 프로브(400)는
상기 전극모듈(100)에 수용한 복수의 전극 중에 어느 하나의 표면 위에 놓이도록 설치되고,
상기 세정 제어부(630)는
상기 광간섭 단층촬영 장치(500)에서 단층 이미지를 얻는 면적 대비 하나의 전극 표면 면적의 비율과 상기 전극모듈(100)에 수용한 전극의 개수를 반영하여 세정수 투입 시간 또는 세정수 투입량을 조절하도록 상기 세정장치(300)를 제어하는
축전식 탈염 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 세정장치(300)는 상기 전극모듈(100)에 원수 공급하는 원수 유입관(10)에 설치한 3웨이 밸브(11)를 통해서 세정수를 상기 전극모듈(100)에 투입하고,
상기 전극모듈(100)에서 축전식 탈염처리되어 통과하는 처리수를 배출하는 처리부 배출관(20)에 설치한 3웨이 밸브(11)를 통해서 세정수를 투입할 때와 축전식 탈염 동작 중 탈착할 때에 분리 배출되게 하는
축전식 탈염 시스템.
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| KR1020200173996A KR102381081B1 (ko) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | 광간섭 단층촬영 장치를 이용한 전극 표면 모니터링을 통해 공정 자동화한 축전식 탈염 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020200173996A KR102381081B1 (ko) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | 광간섭 단층촬영 장치를 이용한 전극 표면 모니터링을 통해 공정 자동화한 축전식 탈염 시스템 |
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|---|---|
| KR102381081B1 true KR102381081B1 (ko) | 2022-03-31 |
| KR102381081B9 KR102381081B9 (ko) | 2022-12-05 |
Family
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| KR1020200173996A KR102381081B1 (ko) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | 광간섭 단층촬영 장치를 이용한 전극 표면 모니터링을 통해 공정 자동화한 축전식 탈염 시스템 |
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| WO2010029935A1 (ja) * | 2008-09-12 | 2010-03-18 | コニカミノルタオプト株式会社 | 回転光ファイバユニット及び光コヒーレンス断層画像生成装置 |
| KR101650137B1 (ko) | 2015-12-10 | 2016-08-24 | 광주과학기술원 | 축전식 탈염장치 및 그 제어방법 |
| KR101882806B1 (ko) * | 2017-04-24 | 2018-08-24 | (주)테크윈 | 전기 흡착 세정장치 |
| KR101892261B1 (ko) * | 2016-12-23 | 2018-08-27 | 울산과학기술원 | 광간섭 단층촬영이 가능한 역삼투 나권형 모듈, 이를 포함하는 해수담수화 장치 및 역삼투 나권형 모듈 모니터링 방법 |
| CN109589798A (zh) * | 2018-12-12 | 2019-04-09 | 南方科技大学 | 分离膜的阈通量的测量方法和测量设备 |
| KR101954141B1 (ko) | 2018-05-17 | 2019-06-11 | (주)테크윈 | 전기 흡착모듈의 세정 제어장치 |
-
2020
- 2020-12-14 KR KR1020200173996A patent/KR102381081B1/ko active IP Right Grant
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