KR102641697B1 - 탈이온 필터를 구비하는 정수기 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온 필터를 구비하는 정수기는, 유입되는 물에 포함된 이온물질을 제거하는 탈이온 동작을 수행하는 탈이온 필터; 상기 탈이온 필터에 탈이온 전압 또는 재생 전압을 선택적으로 인가하는 전원 공급부; 상기 탈이온 필터에 상기 재생 전압이 인가되어 재생 동작을 수행하는 경우 상기 탈이온 필터의 전력을 측정하는 전력센서; 및 상기 전력센서로부터 전달받은 전력값을 이용하여 재생수의 유량을 산출하고, 산출된 재생수의 유량에 따라 상기 탈이온 필터로부터 배수되는 재생수의 유량을 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

탈이온 필터를 구비하는 정수기 및 이의 제어 방법 {WATER PURIFIER HAVING DEIONIZATION FILTER AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 출원은 탈이온 필터를 구비하는 정수기 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 원수에 포함된 이온물질 등을 전기적 인력을 이용하여 제거하는 탈이온 필터에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
일 예로, 양이온 교환막 및 음이온 교환막을 포함하는 바이폴라(Bipolar) 이온교환막을 사용하여 탈이온 동작을 수행하는 탈이온 필터가 제안되었다.
탈이온 필터는 이의 사용 기간이 누적됨에 따라 탈이온 필터의 이온교환 용량이 부족하게 되고, 이에 따라 이온 제거율을 하락하게 된다. 따라서, 탈이온 필터는 주기적으로 재생 동작을 수행할 필요가 있다.
탈이온 필터의 재생 동작 수행시, 탈이온 필터 셀 내부에 다량의 이온이 발생하게 되고, 이에 따라 전해질 저항이 낮아지며 높은 전류가 발생하게 된다. 이 경우, 재생수의 유량이 충분하지 못하면, 재생수의 온도가 과도하게 상승할 수 있다.
따라서, 당해 기술분야에서는 탈이온 필터의 재생 동작 수행시에 재생수의 과열을 방지하기 위한 방안이 요구되고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 탈이온 필터를 구비하는 정수기를 제공한다.
상기 탈이온 필터를 구비하는 정수기는, 유입되는 물에 포함된 이온물질을 제거하는 탈이온 동작을 수행하는 탈이온 필터; 상기 탈이온 필터에 탈이온 전압 또는 재생 전압을 선택적으로 인가하는 전원 공급부; 상기 탈이온 필터에 상기 재생 전압이 인가되어 재생 동작을 수행하는 경우 상기 탈이온 필터의 전력을 측정하는 전력센서; 및 상기 전력센서로부터 전달받은 전력값을 이용하여 재생수의 유량을 산출하고, 산출된 재생수의 유량에 따라 상기 탈이온 필터로부터 배수되는 재생수의 유량을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예는 탈이온 필터를 구비하는 정수기의 제어 방법을 제공한다.
상기 탈이온 필터를 구비하는 정수기의 제어 방법은, 탈이온 필터에 재생 전압이 인가되어 재생 동작을 개시하는 단계; 상기 탈이온 필터의 전력을 측정하는 단계; 측정된 전력값을 이용하여 재생수의 유량을 산출하는 단계; 및 산출된 재생수의 유량에 따라 상기 탈이온 필터로부터 배수되는 재생수의 유량을 제어하는 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 따르면, 탈이온 필터의 재생 동작 수행시에 재생수의 과열을 방지하여 재생수가 적정 온도를 유지하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온 필터를 구비하는 정수기의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온 필터를 구비하는 정수기에서 정수 추출 방향과 재생수 배수 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 재생수의 유량에 대한 재생수의 온도 변화율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈이온 필터를 구비하는 정수기의 제어 방법의 흐름도이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온 필터를 구비하는 정수기의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온 필터를 구비하는 정수기는 탈이온 필터(110), 전원 공급부(120), 전도도계(130), 유량계(140), 전력센서(150) 및 제어부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
탈이온 필터(110)는 전기적 인력을 이용하여 유입되는 물에 포함된 이온물질 등을 제거하는 탈이온 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 탈이온 필터(110)는 제1 전극 및 제2 전극과, 제1 전극 및 제2 전극의 사이에 위치하는 바이폴라 이온교환시트를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 바이폴라 이온교환시트는 양이온 교환막과 음이온 교환막이 서로 접합하여 구성되거나, 양이온 교환막과 음이온 교환막 사이에 형성된 물분해 촉매층을 더 포함하여 구성될 수도 있다.
또한, 탈이온 필터(110)에는 후술하는 전원 공급부(120)에 의해 전원이 인가될 수 있다. 예를 들어, 탈이온 필터(110)에는, 탈이온 동작 수행시에는 탈이온 전압이 인가되고, 재생 동작 수행시에는 재생 전압이 인가될 수 있다.
탈이온 필터(110)의 입수단에 연결되는 유로에는 개폐 동작에 의해 탈이온 필터(110)로의 입수량을 제어하기 위한 입수 밸브(V0)가 구비될 수 있다.
탈이온 필터(110)의 출수단에 연결되는 유로는 정수 추출을 위한 정수 유로와 재생수 배수를 위한 재생수 유로로 분기될 수 있으며, 각 유로 상에는 개폐 동작에 의해 정수 추출량을 제어하기 위한 정수 밸브(V1) 및 재생수 배수량을 제어하기 위한 재생수 밸브(V2)가 각각 구비될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온 필터를 구비하는 정수기에서 정수 추출 방향과 재생수 배수 방향을 설명하기 위한 도면으로, 도 2의 (a)는 탈이온 필터가 탈이온 동작을 수행하는 경우의 정수 추출 방향을 도시하고, 도 2의 (b)는 탈이온 필터가 재생 동작을 수행하는 경우의 재생수 배수 방향을 도시한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 탈이온 필터를 구비하는 정수기 내부의 유로에서, 정수의 추출 방향(입수단 - 탈이온 필터 - 출수단)과 재생수의 배수 방향(입수단 - 탈이온 필터 - 출수단)이 동일하게 구성될 수 있다.
이에 따라, 탈이온 필터의 재생 동작 수행시에 (-)극에서 발생하는 OH- 이온에 의해 pH가 높아진 물이 필터 내부를 통과하면서 (+)극에서 중화될 수 있으며, 그 결과 재생수가 배수되는 유로상에서 스케일이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.
탈이온 필터(110)의 구성이 반드시 이로 제한되는 것은 아니며, 탈이온 필터(110)는 통상의 기술자에게 알려진 다양한 방식으로 탈이온 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 탈이온 필터(110)가 탈이온 동작 또는 재생 동작을 수행하는 원리는 통상의 기술자에게 알려진 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
전원 공급부(120)는 제어부(160)의 제어에 따라 탈이온 필터(110)에 탈이온 전압 또는 재생 전압을 선택적으로 인가할 수도 있다.
예를 들어, 전원 공급부(120)는, 탈이온 필터(110)가 탈이온 동작을 수행하는 동안에는 탈이온 전압을 인가하고, 탈이온 필터(110)가 재생 동작을 수행하는 동안에는 재생 전압을 인가할 수 있다. 여기서, 탈이온 전압과 재생 전압은 서로 반대의 극성을 가질 수 있다. 다시 말해, 탈이온 전압 인가시에는 탈이온 필터(110)에 구비된 제1 전극 및 제2 전극은 각각 양(+) 전극 및 음(-) 전극이 되고, 재생 전압 인가시에는 탈이온 필터(110)에 구비된 제1 전극 및 제2 전극은 각각 음(-) 전극 및 양(+) 전극이 될 수 있다.
전도도계(130)는 탈이온 필터(110)의 입수단에 연결되는 유로 상에 구비되어 탈이온 필터(110)로 유입되는 물의 전도도를 측정할 수 있다.
유량계(140)는 탈이온 필터(110)의 입수단에 연결되는 유로 상에 구비되어 탈이온 필터(110)로 유입되는 물의 유량을 측정할 수 있다.
전도도계(130) 및 유량계(140)에 의해 각각 측정된 전도도 및 유량은 제어부(160)로 전달될 수 있다.
전력센서(150)는 탈이온 필터(110)에 재생 전압이 인가되어 재생 동작을 수행하는 경우 탈이온 필터(110)의 전력을 측정할 수 있다.
전력센서(150)에 의해 측정된 전력은 제어부(160)로 전달될 수 있다.
제어부(160)는 탈이온 필터를 구비하는 정수기의 전반적인 동작을 제어하기 위한 것으로, 예를 들어, 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 마이크로프로세서, 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) 등의 프로세서로 구현될 수 있으며, 정수기의 동작에 필요한 각종 데이터를 저장하기 위한 메모리를 구비할 수 있다.
구체적으로, 제어부(160)는 전력센서(150)로부터 전달받은 전력값을 이용하여 재생수의 유량을 산출하고, 산출된 재생수의 유량에 따라 탈이온 필터(110)로부터 배수되는 재생수의 유량을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(160)는 하기의 수식 1에 따라 재생수의 온도 변화량을 산출할 수 있다. 여기서, P는 전력값(W), C는 비열(cal/gㆍ℃), M은 질량(g), ΔT는 온도 변화량(℃), 그리고 t는 재생 시간(sec)을 의미한다.
[수식 1]
ΔT = 0.24 * P * t /(C * M)
상기의 수식 1로부터, 전력값이 상승하면 재생수의 온도 변화량이 상승함을 알 수 있다.
또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 재생수의 유량에 대한 재생수의 온도 변화율을 나타내는 그래프로서, 전력값이 일정할 경우 재생수의 유량이 증가할수록 재생수의 온도 변화량이 감소함을 알 수 있다.
따라서, 제어부(160)는 상술한 수식 1에 의해 산출되는 재생수의 온도 변화량이 기 설정된 값 이하가 되도록 하는 재생수의 유량을 산출하고, 산출된 재생수의 유량에 따라 탈이온 필터(110)로부터 배수되는 재생수의 유량을 제어할 수 있다. 이에 따라, 재생수의 온도가 과도하게 변화하는 것을 방지하여 재생수의 온도를 적정 범위 내로 유지할 수 있게 된다.
일 예에 따르면, 제어부(160)는 재생수 유로 상에 구비된 재생수 밸브(V2)의 ON/OFF 제어에 의해 재생수의 유량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 재생수의 유량을 증가시켜야 하는 경우, 제어부(160)는 재생수 밸브(V2)의 개방(ON) 비율을 증가시킬 수 있다. 반면, 재생수의 유량을 감소시켜야 하는 경우, 제어부(160)는 재생수 밸브(V2)의 폐쇄(OFF) 비율을 증가시킬 수 있다.
그러나, 제어부(160)가 재생수의 유량을 제어하는 방법이 반드시 상술한 바로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 재생수 밸브(V2)가 개방 정도를 조절할 수 있는 밸브로 구현되는 경우, 산출된 재생수의 유량에 따라 재생수 밸브(V2)의 개방 정도를 조절함으로써 재생수의 유량을 제어할 수도 있다. 또한, 입수 밸브(V0)의 제어에 의해 재생수의 유량을 제어할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탈이온 필터를 구비하는 정수기의 제어 방법의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 탈이온 필터에 재생 전압을 인가하여 재생 동작이 개시되면(S41), 탈이온 필터의 전력을 측정(센싱)할 수 있다(S42).
이후, 측정된 전력값을 이용하여 재생수의 유량을 산출하고(S43), 산출된 재생수의 유량에 따라 밸브를 제어하여 탈이온 필터로부터 배수되는 재생수의 유량을 조절할 수 있다(S44). 여기서, 재생수의 유량을 산출하고, 산출된 재생수의 유량에 따라 밸브를 제어하는 구체적인 방법은 상술한 바와 동일하므로, 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다.
도 4를 참조하여 상술한 제어 방법은 탈이온 필터를 구비하는 정수기에 구비된 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
한편, 도 1에서는 하나의 탈이온 필터를 포함하는 정수기를 도시하였으나, 본 발명의 적용 범위가 반드시 이로 제한되는 것은 아니다. 다시 말해, 본 발명은 두 개 이상의 탈이온 필터를 포함하는 정수기에도 그대로 적용될 수 있으며, 정수기에 포함된 두 개 이상의 탈이온 필터 각각에 대해서 상술한 바와 같은 제어 방법을 적용하도록 구현될 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.
110: 탈이온 필터
120: 전원 공급부
130: 전도도계
140: 유량계
150: 전력센서
160: 제어부
V0: 입수 밸브
V1: 정수 밸브
V2: 재생수 밸브

Claims (9)

  1. 유입되는 물에 포함된 이온물질을 제거하는 탈이온 동작을 수행하는 탈이온 필터;
    상기 탈이온 필터에 탈이온 전압 또는 재생 전압을 선택적으로 인가하는 전원 공급부;
    상기 탈이온 필터에 상기 재생 전압이 인가되어 재생 동작을 수행하는 경우 상기 탈이온 필터의 전력을 측정하는 전력센서;
    상기 탈이온 필터의 출수단에 연결되어 재생수를 배수하는 재생수 유로;
    상기 재생수 유로 상에 구비되어 개폐 동작에 의해 재생수의 유량을 제어하는 재생수 밸브: 및
    상기 전력센서로부터 전달받은 전력값을 이용하여 재생수의 유량을 산출하고, 산출된 재생수의 유량에 따라 상기 탈이온 필터로부터 배수되는 재생수의 유량을 상기 재생수 밸브를 통해 제어하는 제어부;
    를 포함하는 탈이온 필터를 구비하는 정수기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 하기 수식 1
    [수식 1] ΔT = 0.24 * P * t /(C * M)
    의 전력값(P), 재생수 온도 변화량(ΔT) 및 재생수의 유량(t/M)의 관계를 이용하여 상기 전력값을 이용하여 재생수의 온도 변화량이 기 설정된 값 이하가 되도록 하는 재생수의 유량을 산출하고,
    상기 수식 1에서, P는 전력값[W], C는 비열[cal/gㆍ℃], M은 질량[g], ΔT는 온도 변화량[℃], 그리고 t는 재생 시간[sec]인
    탈이온 필터를 구비하는 정수기.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 산출된 재생수의 유량에 따라 상기 재생수 밸브의 개폐를 제어하는 탈이온 필터를 구비하는 정수기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 재생수 밸브의 개방 및 폐쇄 비율을 조절하여 상기 재생수의 유량을 제어하는 탈이온 필터를 구비하는 정수기.
  6. 탈이온 필터의 출수단에 연결된 재생수 유로와, 상기 재생수 유로에 배치된 재생수 밸브와, 상기 재생수 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 정수기를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 탈이온 필터에 재생 전압이 인가되어 재생 동작을 개시하는 단계;
    상기 제어부가 상기 탈이온 필터의 전력을 전력센서를 통해 측정하는 단계;
    상기 제어부가 상기 측정된 전력값을 이용하여 재생수의 유량을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 재생수의 유량에 따라 상기 제어부가 상기 탈이온 필터로부터 배수되는 재생수의 유량을 상기 재생수 밸브를 통해 제어하는 단계;
    를 포함하는 탈이온 필터를 구비하는 정수기의 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 재생수의 유량을 산출하는 단계는,
    하기 수식 1
    [수식 1] ΔT = 0.24 * P * t /(C * M)
    의 전력값(P), 재생수 온도 변화량(ΔT) 및 재생수의 유량(t/M)의 관계를 이용하여, 상기 전력값을 이용하여 재생수의 온도 변화량이 기 설정된 값 이하가 되도록 하는 재생수의 유량을 산출하고
    상기 수식 1에서, P는 전력값[W], C는 비열[cal/gㆍ℃], M은 질량[g], ΔT는 온도 변화량[℃], 그리고 t는 재생 시간[sec]인
    탈이온 필터를 구비하는 정수기의 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 재생수의 유량을 제어하는 단계는, 상기 산출된 재생수의 유량에 따라상기 탈이온 필터의 출수단에 연결된 상기 재생수 유로에 구비된 상기 재생수 밸브의 개폐를 제어하는 탈이온 필터를 구비하는 정수기의 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 재생수의 유량을 제어하는 단계는, 상기 산출된 재생수의 유량에 따라 상기 재생수 밸브의 개방 빛 폐쇄 비율을 조절하여 상기 재생수의 유량을 제어하는 탈이온 필터를 구비하는 정수기의 제어 방법.
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