KR20030065913A - 고농도 용존 산소 공급 정수기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산소발생장치를 포함한 고농도 용존 산소 공급 정수기에 있어서, 산소발생장치로부터 발생된 산소가 산소용해장치를 통해 냉수조의 음용수에 용존되도록 산소용해장치가 냉수조에 체결되어 있고 산소용해장치는 폴리테트라플루오로에틸렌 막을 포함하여 이 막을 통해 산소발생장치로부터 발생된 산소가 냉수조의 음용수로 유입됨을 특징으로 하는 정수기를 제공한다. 본 발명에 따른 정수기는 적어도 40 ppm의 고농도 산소가 용존되어 상당 기간 이러한 산소 농도를 유지하는 음용수를 공급한다.
Description
본 발명은 음용수(drinking water)에 산소를 고농도로 용해시켜 산소가 상당히 풍부하면서 산소가 상당 기간 고농도로 용존되어 있는 음용수를 공급하는 정수기에 관한 것이다.
일반적으로 산소 농도가 풍부한 물을 마시는 것은 인체의 혈중 산소농도를 향상시키는 것이고 그 혈중 산소농도을 향상시키면 인체의 신진대사가 향상되는 것으로 잘 알려져 있다. 또한, 혈중 산소농도가 향상되면 맥박수가 적으면서도 운동능력이 향상되는 결과를 가져온다. 반면에, 산소농도가 낮은 물을 마시게 되면 혈중 산소농도는 떨어지게 되고, 그에 따라 인체의 신진대사가 활발하게 이루어지지 않게 되며 심폐기능이 저하될 수 있어 사람의 건강에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 음용수에 산소 농도를 높이는 것은 인체의 건강에 여러모로 유익한 면을 제공할 수 있을 것으로 믿어진다.
용존산소량은 물속에 용해되어 있는 산소량으로써 통상적으로 공기속의 산소에 의해 공급되고 그 용해량은 온도나 기압에 의해 좌우된다. 산소는 온도가 낮을수록 물에 잘 용해되며 대기압 하에서는 25℃의 순수의 용존산소량은 약 8ppm, 20℃의 순수의 용존산소량은 약 9ppm, 10℃의 순수의 용존산소량은 약 12ppm, 4℃의 순수의 용존산소량은 약 13ppm이 된다(지방행정용어해설).
종래의 정수기는 물이 정수 필터를 거치는 동안에 물에 자연적으로 용존되어 있던 산소까지 필터가 제거하여 용존산소량이 약 5ppm 정도의 산소 농도가 낮은 물을 공급하는 것이 보통이다. 최근에, 음용수에 용존산소량을 높이기 위하여 개발된 정수기가 몇몇 문헌을 통해 소개되고 있다.
미국특허 제5,868,944호, 제6,228,259호, 제6,017,447호, 제6,190,549호 및 제6,197,189호에는 산소발생장치를 포함하는 냉수기가 기술되어 있다. 산소발생장치로는 압력스윙흡착 산소발생장치(pressure swing adsorption oxgen generating apparatus)가 사용되고 이 산소발생장치로부터 발생된 산소는 냉수기의 냉수조에 들어있는 음용수의 상측에 형성된 공동(void)으로 주입된다. 그러나, 상기 미국특허는 산소발생장치로부터 발생된 산소를 음용수에 용해시키는 수단에 대하여 어떠한 언급도 없다.
또한, 대한민국 실용신안등록 제0223211호 및 대한민국 실용신안등록공개 제1998-045524호에는 산소발생장치가 결합된 냉온정수기가 기술되어 있다. 이의 냉온정수기에 따르면, 냉수조에 기포발생기를 설치하고 이 기포발생기에 산소발생장치를 연결시켜 산소발생장치에서 발생되는 산소를 기포발생기의 다수의 기포공을 통해 기포를 분출하여 냉수조의 음용수에 산소를 용해시킨다. 그러나, 기포발생기를 이용하여 산소를 음용수에 용해시키는 것은 산소가 물에 용해되기 전에 기포를 통해 상부로 부상하여 손실되어 산소가 만족할 정도로 용존되지 않으며 효율적이지 않다는 단점이 있다.
또한, 대한민국 특허공개 제1998-067479호에는 냉수조안의 정수 수위를 센서가 감지하여 적정 수위에 따라 산소공급수단을 가동하여 산소를 적절하게 냉수조에 공급하는 냉온정수기가 기술되어 있다. 그러나, 이 경우도 산소를 냉수조에 공급하는 수단은 기포발생기를 이용하고 있으며 이로 인해 기포에 의한 산소 손실이 크고 음용수중의 효율적인 산소 용존을 기대하기가 어렵다.
또한, 일본국 특허공개 제2000-334282호에 수중 용존 산소 증대 방법이 기술되어 있다. 이 특허 기술 또한 기포에 의한 수중내 산소 용존 방식을 채택하고 있으므로 상기와 마찬가지로 음용수의 산소 농도 및 효율에 있어서 만족스럽지 않을 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 공지된 모든 고농도 용존 산소 공급 정수기는 산소발생장치로부터 산소를 냉수조에 공급 용해시키는 수단으로서 기포 방식을 이용하고 있으며 한편으로 기포 방식이외에 대안이 제공되거나 교시된 것이 없다.
본 발명은 고농도의 산소가 상당한 기간동안 지속적으로 용존된 음용수를 공급할 수 있는 고농도 용존 산소 공급 정수기를 제공함을 그 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명자들은 산소발생장치로부터 발생된 산소를 정수기의 냉수조에 공급하는 수단으로 특정적으로 산소용해장치를 개발하고 이를 매개로 한 경우 냉수조내의 음용수에 적어도 40ppm 이상의 산소를 용존시킬 수 있으며 게다가 이러한 농도로 산소 용존을 상당 기간 지속시킬 수 있음을 발견하고 그러한 산소용해장치를 구비한 정수기를 제작하고 제작된 정수기로부터 상기와 같은 유익한 음용수를 취출함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 산소발생장치를 포함한 고농도 용존 산소 공급 정수기에 있어서, 산소발생장치로부터 발생된 산소가 산소용해장치를 통해 냉수조의 음용수에 용존되도록 산소용해장치가 냉수조에 체결되어 있고 산소용해장치는 폴리테트라플루오로에틸렌 막을 포함하여 이 막을 통해 산소발생장치로부터 발생된 산소가 냉수조의 음용수로 유입됨을 특징으로 하는 정수기를 제공한다.
도 1은 일반적인 냉온정수기의 사시도이다.
도 2는 일반적인 냉온정수기의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 양태로서 고농도 용존 산소 공급 정수기의 개략적인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 양태로서 고농도 용존 산소 공급 정수기의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 산소용해장치의 단면도이다.
도 6A은 본 발명에 따른 산소용해장치의 하부격막홀더 정면도이다.
도 6B은 본 발명에 따른 산소용해장치의 하부격막홀더 평면도이다.
도 6C은 본 발명에 따른 산소용해장치의 하부격막홀더 저면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2 : 본체 4 : 정수조
6 : 온수조 8 : 냉수조
10 : 정수필터 12 : 산소발생장치
14 : 제올라이트필터부 16 : 필터구동부
18 : 산소량조절기 20 : 산소센서
22 : 냉각기 24 : 산소용해장치
26 : 폴리테트라플루오로에틸렌 막 28 : 상부격막홀더
30 : 하부격막홀더 32 : 산소분압조절밸브
33 : 온수취수코크 34 : 냉수취수코크
35 : 상부조임너트 36 : 하부조임너트
본원에서 사용된 용어 "음용수"는 일반적으로 가열 및 가공되지 않고 여과된 물을 가리키며, 구체적으로는 여과된 수돗물, 용수, 여과수, 역삼투 처리수 및 냉각수를 포함한다.
본원에서 사용된 용어 "정수기"는 냉온정수기, 냉온수 공급 수단이 없고 단지 여과된 정수만을 공급하는 정수기 및 냉수만을 공급하는 워터-쿨러를 포함한다.
이하, 본 발명의 고농도 용존 산소 공급 정수기를 구성하는 요소를 설명한다.
정수기
본 발명에 따른 고농도 용존 산소 공급 정수기는 한 양태로서 도 1에 도시한 바와 같은 전형적인 냉온정수기를 구성으로 한다. 이 냉온정수기에 따르면, 소정의 체적을 가지는 냉온수기 본체(1)와, 이 본체의 중앙에 설치되어 본체(1) 내부로 유입되는 원수를 여과 정제해 주는 필터(2)와, 이 필터(2)로부터 여과된 물을 일시 저장해 주는 냉수조(3) 및 온수조(6)와 이 냉수조(3) 및 온수조(6)의 토수구(3a)(6a)에 각각 나사결합방식으로 연결되면서 본체(1)의 외부로 돌출되어 냉수 및 온수를 취출하기 위한 냉수취수콕(5) 및 온수취수콕(8)으로 구성되어 있으며, 이들 각각의 구성 요소들은 수로를 형성하는 호스(L) 및 제어를 위한 배선(미도시) 등으로 상호 연결되어 있고, 상기 냉수조(3)의 일측에는 냉수조(3)에 유입된 물을 차갑게 유지하도록 하는 냉각기(4)가 연결 설치되어 있으며, 상기 온수조(6)의 내부에는 온수조(6)의 물을 일정 온도 가열해 주는 히터(7)가 설치되어 있다. 상기 냉각기(4)는 저온저압의 기체상태의 냉매를 고온고압의 기체상태 냉매로 변화시키는 압축기(4a)와, 이 압축기(4a)에서 변화된 고온고압의 기체상태의 냉매를 고온고압의 액체상태의 냉매로 변화시키면서 외부로 열을 방출하는 응축기(4b)와, 이 응축기(4b)에서 변화된 고온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 팽창기구(미도시)와, 냉수조(3)의 외주면에 설치되어 상기 팽창기구에서 변화된 저온저압의 액체상태인 냉매를 기체상태로 변화시키면서 냉수조(3)의 열을 흡수하는 증발기(4c)가 사이클을 이루도록 구성된다.
이와 같이 구성된 냉온정수기로부터 냉수 또는 온수를 취출하기 위한 작동을 설명하면 다음과 같다. 물이 본체(1) 내부로 유입되면, 상기 유입된 물은 필터(2)에 의해 여과되어 물에 섞여 있는 불순물과 세균들이 제거된 후호스(L)를 통해 냉수조(3) 또는 온수조(6)로 공급되어 일시 저장되며, 상기 냉수조(3)에 저장된 물은 냉수조(3)의 주위에연결 설치된 냉각기(4)에 의해 차가운 상태를 유지하게 되고, 상기 온수조(6)에 저장된 물은 그 내부에 설치된 히터(7)에 의해 일정 온도로 가열된다. 이와 같은 상태에서, 사용자가 냉수 또는 온수를 취출하기 위해 냉수취수콕(5) 또는 온수취수콕(8)에 설치된 레버(5a)를일측 방향으로 가압하게 되면 취수구(5b)가 개방되면서 냉수 또는 온수가 취출된다. 그후, 상기 레버(5a)에 가하던 압력을 제거하면 취수구(5b)가 폐쇄됨으로써 냉수 또는 온수의 취출은 정지하게 된다.
정수 방식
본 발명에 따른 고농도 용존 산소 공급 정수기에 있어서 정수 방식은 역삼투막 방식과 중공사막 방식 모두를 포함한다. 중공사막 방식의 경우 정수의 연속 공급이 가능하고 별도의 장치 없이도 여과 공급되는 정수의 양이 많다는 이점이 있다. 반면, 역삼투압 방식의 경우 가압 펌프를 이용하더라도 연속적으로 사용하기에는 정수량이 부족하기 때문에 냉온정수기 내부에 저장조를 별도로 장치해야 하며,역삼투막을 통과하지 못한 공급 원수가 낭비되는 등의 단점이 있다. 이런 관점에서, 바람직하게는 중공사막 방식이 사용된다.
냉각기
본 발명에 따른 고농도 용존 산소 공급 정수기에 있어서 냉온정수기의 냉각방식은 크게 증발기를 냉수조 외부에 감아서 정수를 냉각하는 방법과 증발기를 코일 형태로 제조하여 이를 냉수조 내부에 장치하는 방법으로 구분할 수 있는데 이들 모두를 포함한다. 전자 방법의 경우 증발기내부로 흐르는 냉매에 의해 냉수조와 증발기가 접하는 부위에 얼음이 얼고 이에 의해 정수가 냉각되는 방식으로 증발기와 접촉하고 있는 냉수조 내부 벽면으로 열전달이 일어난다. 후자 방법의 경우에는 증발기를 냉수조의 내부에 장착하여 정수가 직접 증발기와 접촉하여 열전달이 일어난다.
산소발생장치
본 발명의 고농도 용존산소 공급 정수기에 사용되는 산소발생장치는 외부로부터 유입된 공기를 압축시켜 배출하기 위한 펌프, 상기 펌프로부터 공급되는 공기로부터 이물질을 제거하기 위한 공기 필터부 및 상기 공기 필터부로부터 공급되는 공기로부터 질소를 분리하여 외부로 배출하여 산소를 여과시키기 위한 산소발생부로 구성된다. 본 발명의 산소발생장치는 압축(Pressure Swing Adsorption, PSA) 방식 및 기체분리막 방식 모두를 포함한다.
상기 PSA의 기본원리는 Molecular Sieve 흡착제로 채워진 흡착탑을 원료기체가 고압상태로 통과하면서 선택도가 높은 성분들을 우선 흡착하게 되고 선택도가 낮은 성분들은 흡착탑 밖으로 배출되어 나가게 된다. 콤프레셔에서 압축된 공기는 흡착과정에서의 흡착력을 높이기 위하여 냉각장치에 의해 온도를 낮춘 후 두 개의 제올라이트중 한 개의 제올라이트에 인입되며 공기중의 질소분자는 흡착력의 차이에 따라 산소분자 보다도 먼저 흡착되어진다. 제올라이트가 질소분자에 의해 포화되면 전자제어 장치에 의해 솔레노이드 밸브를 조작하여 다른 제올라이트로 압축 공기가 이송되게 되어 산소를 생산하고, 동시에 질소가스로 포화된 제올라이트는 재생을 위하여 퍼지(Purge)단계를 수행한다. 이러한 과정을 반복을 통하여 산소를 연속 생산할 수 있다. 이러한 반복 공정이 매 수십 초마다 이루어지며 제올라이트는 연속해서 흡/탈착을 반복하게 되는 것이다. 제올라이트를 통과한 농축된 산소 중 대부분은 오리피스를 통과하여 질소로 포화된 제올라이트를 퍼지하기 위하여 사용되며 생산된 산소의 일부분만이 압력조절기를 경유하여 사용처로 전달된다.
바람직한 양태로서, 본 발명에 따른 고농도 용존산소 공급 정수기에 있어서 PSA 산소발생장치는 소음을 줄이고 공간을 적게 차지하기 위해 필터구동부와 제올라이트필터부로 분리하여 설치된다.
본 발명의 고농도 용존산소 공급 정수기에서 다른 방식으로서 사용될 수 있는 기체분리막 산소발생장치는 막을 투과하는 2개 이상의 기체 혼합물중의 각 기체성분의 투과도 차이에 기초한다. 기체 혼합물은 막의 한쪽 면과 접촉하여 기체 성분들 중의 최소한 한 성분이 선택적으로 투과된다. 막에 의해 선택적으로 투과되는기체 성분은 기체 혼합물중 최소한 하나 이상의 기체 성분보다 더 빠르게 통과해야 한다. 상대적으로 투과되지 못한 기체성분들은 기체 혼합물중 최소한 하나 이상의 성분들보다 더 느리게 막을 투과한다. 이러한 원리에 의해서 기체 혼합물은 선택적으로 투과된 기체가 많은 흐름과 투과되지 못한 기체 성분들이 많은 흐름 두 가지로 분리된다. 따라서, 기체 혼합물을 적절하게 분리하기 위해서는 특정 기체 성분에 대해 높은 투과선택성을 갖는 막 형성물질이 선택되어야 한다.
혼합 기체를 선택적으로 분리, 농축하기 위하여 일반적으로 기체 분리막은 표면의 치밀한 분리층과 하부의 다공성 지지체로 이루어지는 비대칭 구조를 가져야만 한다. 특정 막 형성물질에 대해서 혼합 기체의 선택적 분리 능력은 분리층의 치밀함 정도에 따라 달라지며 선택적으로 분리된 기체의 흐름량은 분리층의 두께 및비대칭 막의 하부 구조인 다공성 지지체의 다공성 정도에 의존한다. 혼합 기체를 선택적으로 분리하기 위해서는 분리층의 표면에 일체의 결함이 없어야 하며 기공 크기가 5Å 이하이어야 한다. 아울러 높은 기체 투과도를 얻기 위하여 분리층은 가능한한 얇아야 하는데 이것은 기체 투과도가 유효막 두께에 반비례하기 때문이다. 분리층을 선택적으로 통과한 기체 흐름에 대한 저항을 최소화하기 위해서 비대칭 막의 하부 구조는 되도록이면 다공성 구조를 갖는 것이 유리하다. 기체 분리용 비대칭막의 제조는 미국특허 제4,902,442호, 제4,772,392호, 제4,575,385호, 제4,654,055호, 제4,484,935호, 제4,230,463호, 제4,484,935호, 제4,728,346호, 제4,968,532호, 제4,311,573호, 제4,589,964호 및 제4,902,422호에 기술되어 있다. 이들 각 특허의 전체 내용은 본원에 참고로 원용된다.
산소용해장치
본 발명의 고농도 용존산소 공급 정수기는 특징적으로 산소용해장치를 포함한다. 본 발명의 산소용해장치는 폴리테트라플루오로에틸렌 막(Smith, G.D., et al., "Conformational Characteristics of Poly(tetrafluoroethylene) Based upon Ab Initio Electronic Structure Calculations", Macromolecules, 27, 3166 (1994))을 포함하여 이 막을 통해 산소발생장치로부터 발생된 산소가 냉수조의 음용수로 유입된다. 폴리테트라플루오로에틸렌 막을 통과하는 산소는 음용수로 유입될 때 기포를 발생하지 않으며 이것은 폴리테트라플루오로에틸렌 막을 통과한 산소가 확산에 의해 음용수로 용해된다는 것을 의미한다.
본 발명의 산소용해장치는 폴리테트라플루오로에틸렌 막을 구성 수단으로 하여 이를 통해 산소발생장치로부터 발생된 산소가 냉수조의 음용수로 유입되도록 하는 형태면 어느 것이든 가능하다. 한 가지 양태로서, 본 발명의 산소용해장치는 도 5 내지 7에 도시된 바와 같이 상부격막홀더(28), 상부조임너트(35), 하부격막홀더(30), 하부조임너트(36) 및 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)으로 구성된다. 하부격막홀더는 원통으로 되어 상단은 원통의 폴리테트라플루오로에틸렌 막이 삽입되어 체결될 수 있도록 홈이 파여져 있고 하단은 산소발생장치로부터 발생된 산소를 공급하는 관과 연결된다. 하부격막홀더의 상부 외측면은 볼트로 되어 있어 하부조임너트와 맞물리면서 폴리테트라플루오로에틸렌 막은 냉수조의 정수가 홀더 내부로 유입되지 않을 정도로 홈에 체결된다. 이에 따라 하부격막홀더는원통의 폴리테트라플루오로에틸렌 막을 고정시켜 주며 폴리테트라플루오로에틸렌 막이 냉수조의 음용수에 함침되도록 하여 산소발생장치로부터 발생된 산소가 폴리테트라플루오로에틸렌 막의 기공을 통해 냉수조의 음용수로 유입되도록 하는 통로로서 작용한다.
상부격막홀더는 이의 하부면에 원통의 폴리테트라플루오로에틸렌 막이 삽입되어 고정 체결되도록 홈이 파여져 있다. 하부격막홀더의 외측면은 볼트로 되어 있어 상부조임너트와 맞물리면서 폴리테트라플루오로에틸렌 막은 냉수조의 정수가 홀더 내부로 유입되지 않을 정도로 홈에 체결된다. 이에 따라, 상부격막홀더는 폴리테트라플루오로에틸렌 막을 고정시키는 작용과 원통의 폴리테트라플루오로에틸렌 막 상단을 밀폐시켜 냉수조의 음용수가 산소용해장치의 내부로 유입되지 않도록 차단하는 작용을 한다.
산소센서
본 발명의 고농도 용존산소 공급 정수기는 냉수조의 음용수중에 용존된 산소의 농도를 감지하여 산소발생장치의 필터구동부를 제어할 수 있는 산소센서를 냉수조의 일측에 추가로 구비할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 산소센서로는 고체전해질형(Zirconia type)과 갈바닉형(Galvanic type)이 있으며, 고체전해질형 산소센서는 농담전지형으로 주로 고온(700℃)용이며, 500℃이하에서는 사용이 불가능하므로 주로 자동차 배기부분에 부착되어 공연비 제어목적으로 사용되고, 갈바닉형 센서는 전기 화학식 산소센서로귀금속 전극에서 환원반응이 일어나며 이때 접촉된 산소농도에 따라 환원전류가 발생되는 연료전지(Fuel Cell Type)방식의 센서로서 상온의 온도 범위내에서 사용될 수 있는 대표적인 산소센서로서 PPM단위의 저농도 산소 분석용으로 많이 이용된다.
예를 들어 대한민국 실용신안등록 제 2001-075157호는 센서 내부에 설치된 캐소우드와 애노우드에서 일어나는 산화 및 환원 반응시에 발생하는 전자의 양을 감지하여 산소의 농도를 측정할 수 있게 된다. 대한민국 특허공보 제 0113082호는 산화 코발트 분말을 직경 12.5mm, 두께 5mm 정도로 성형을 한 후, 이를 다시 고무 주머니에 넣고, 물을 매개로하여 100MPa의 정수압을 약 5분 동안 가하여 성형체를 만들고, 성형체를 충진제인 지르코니아 분말과 함께 알루미나 몰드에 넣고, 가압 소결한다. 공기중에서 온도를 섭씨 970도까지 올리고, 그 온도에서 50분 동안 70MPa의 압력을 가한 후 로냉하면, 소결체의 기공율은 약 15% 정도가 된다. 다음에 소결체의 양면을 약 1mm 정도 갈아낸 후, 백금 페이스트를 각각 얇게 바르고, 섭씨 1200도에서 열처리하여 전극을 제조하여, 이것을 섭씨 1150도의 온도에서 양전극에 10시간 동안 2A 전류를 흘려, 백금 전극(3)의 음극층 위로 11마이크로미터 두께로 새로운 산화 코발트(4)층을 형성시키고, 이 새로운 산화 코발트층 위에 백금 전극을 입혀서 산소 센서를 제조한다. 대한민국 실용신안등록 공개 제 1998-0036159호는 표준극으로 선단부위를 미코팅처리하고, 후단부는 열충격에 의한 크랙방지용 ZrO2를 코팅한 지르코니아 고체 전해질을 사용함으로서 탈산처리를 위한 용강의 용존 산소 농도를 측정하는 산소 프로브의 산소 센서에 관한 기재되어 있다.
이상에서와 같이 공지된 산소센서 모두를 본 발명의 산소센서에 적용할 수있다.
산소분압조절밸브
또한, 본 발명의 고농도 용존산소 공급 정수기는 바람직한 양태로서 정수기의 냉수조 위로 일정 거리를 두고 정수조가 구비될 수 있다. 정수조는 여과된 정수가 냉수조 및 온수조로 직접 유입되기 전에 임시로 담수하는 작용을 한다. 정수조와 냉수조사이에는 산소분압조절밸브가 구비될 수 있으며 이러한 밸브는 정수조내의 음용수가 냉수조로 유입되는 압력을 조절하여 산소의 용해력을 증가시켜 준다. 따라서, 정수조는 냉수조에 용존 산소를 간접으로 높일 수 있는 작용을 한다고 할 수 있다. 본 발명에 따른 산소분압조절밸브에 의한 용존 산소 증가는 정수의 온도에 따라 약간은 다르지만 일반적으로 약 1 내지 5 mg/l인 것으로 나타난다.
이하, 본 발명의 바람직한 양태로서 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명은 좀더 상세히 설명될 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 정수기의 개략적인 회로도이고, 도 4는 본 발명에 따른 정수기의 구성도이며, 도 5는 본 발명의 산소용해장치의 단면도로서 함께 설명한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 정수기는 외관을 형성하는 본체(2)와; 상기 본체(2)에 정수필터(10) 및 정수조(4), 온수조(6), 냉수조(8)를 설치하여 산소발생장치(12)로 산소를 공급하고 공급된 산소를 산소용해장치(24)를 이용하여 산소를 물에 용해되도록 구성되어 있다. 여기서 상기 본체(2)는 캐비넷 형태로 이루어져 수납공간이 형성되어 있으며, 그 수납공간에 정수필터(10)와 정수조(4) 또는 온수조(6), 냉수조(8)와 산소발생장치(12)가 상호 연결되어 설치되어 있다. 그리고 전면부에는 온수조(6) 및 냉수조(8)와 각각 연결되어져 외부에서 조작이 가능한 온수취수코크(33) 및 냉수취수코크(34)가 형성되어 있다.
상기 정수조(4)는 상기 본체(2)의 상부에 설치되어 있으며, 그 하부는 각각 온수조(6)와 냉수조(8)가 연결되어 있고, 상기 온수조(6)와 냉수조(8)의 하부에는 정수필터(10)가 구비되어 있으며, 상기 본체(2)의 수납공간 하부에는 산소발생장치(12)가 설치되어 있다.
상기 냉수조(8) 내부 일측에는 산소센서(20)를 설치하여 냉수조(8)내 용존산소의 농도를 감지하여 산소발생장치(12)의 제올라이트 필터구동부(16)를 조절하여 산소량조절기(18)에 의해 냉수조(8)로 보내지는 농축산소량을 제어하게 되며, 또한 냉수조(8) 내부에 산소용해장치(24)를 설치하여 산소발생장치(12)와 연결시켜 상기 산소발생장치(12)로부터 공급되는 농축산소를 음용수에 용해시킨다. 상기 산소용해장치(24)는 도 5에 도시된 바와 같이 농축산소를 배기시키는 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)과, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)을 끼워 넣을 수 있게 구멍이 천공되어 있는 상부격막홀더(28)와 하부격막홀더(30)와 상기 상부격막홀더(28)와 하부격막홀더(30)에 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)을 고정시켜 시키기 위한 상부조임너트(35)와 하부조임너트(36)로 구성되며, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)은 다공성 스폰지형인 PTFE(Polytetrafluoroethylene, 미국 소재 듀퐁사로부터 구입)로 0.2㎛이하의 미세 기공이 있어 물은 통과하지 못하고 산소만 통과시켜 기포발생없이 음용수에 용해시킬 수 있으며, 또한 농축된 산소에 미세 입자의 세균이 존재할 수 있으며 이는 20㎛이상에서만 통과가 가능하므로 상기 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)은 이를 제거할 수 있다. 또한 상기 하부격막홀더(28)에는 중앙부와 상단부에 결합볼트부를 형성되어 있으며, 중앙부의 결합볼트부는 산소용해장치(24)를 냉수조(8)에 결합시 사용되며, 상단부에 형성된 결합볼트부는 하부격막홀더(28)에 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)를 끼우고 이를 고정시키기 위해 하부조임너트(36)를 결합하기 위한 것이다.
상기 산소용해장치(24)의 조립방법에 관해 설명하면 다음과 같다.
먼저 하부격막홀더(30)에 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)을 끼우고 하부조임너트(36)로 밀폐되게 고정시킨 후, 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)의 상부에 상부격막홀더(28)를 상부조임너트(35)로 밀폐되게 결합시켜 농축산소가 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)으로만 통과하게 조립한다.
한편, 산소의 용해도는 온도가 낮을수록, 압력이 높을수록 많은량이 용해되므로 상기 냉수조(8) 외부에는 냉각장치인 냉각기(22)가 구비되어 있으며, 또한 상기 정수조(4)와 냉수조(8) 사이에 산소분압조절밸브(32)를 설치하여 산소의 용해력을 높일 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 정수기의 작동방법에 관해 설명하면 다음과 같다.
물이 본체(2) 내부로 유입되면, 상시 유입된 물은 정수필터(10)에 의해 여과되어 물에 섞여 있는 불순물과 세균들이 제거된 후 정수조(4)로 공급되어 일시 저장되며, 다시 상기 정수조(4)에서 각각 온수조(6)와 냉수조(8)로 공급한다. 이때 산소의 용해력을 높이기 위해 정수조(4)와 냉수조(8) 사이의 산소분압조절밸브(32)로 압력을 높이고, 냉수조(8)의 외부의 냉각장치로 음용수를 냉각하여 산소의 용해력을 향상시킨다. 한편 외부공기를 산소공급장치에 의해 농축시켜 냉수조(8)내의 산소용해장치(24)로 유입시키면, 산소용해장치(24)로 유입되는 농축산소는 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)을 통해 음용수에 용해된다. 이때 농축산소 속의 세균이나 미세입자는 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)을 투과하지 못하게 된다. 또한 냉수조(8) 내부 중앙 일측에 설치된 산소센서(20)가 냉수조(8)내의 용존산소를 감지하여 산소발생장치(12)의 제올라이트 필터구동부(16)를 제어하여 산소발생장치를 구동을 제어하게 된다.
이하, 본 발명은 하기 실시예로 구체적으로 예시될 것이다. 그러나, 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시적으로 설명하고자 하는데 그 목적이 있는 것이며 본 발명의 범위를 이들로써 한정하고자 하는 것으로 이해해서는 안될 것이다.
하기 용존산소량 측정기를 사용하여, 정수조와 냉수조사이에 산소분압조절밸브 및 PSA 산소발생장치를 장착한 본 발명의 정수기에서 취출된 음용수(4℃)의 용존산소 포화도를 취출 후 시간별로 측정하였다. 이의 결과는 아래 표 1에 나타나 있다.
용존산소량 측정기 UC-12-SOL형
CKC(제조회사)
측정범위 DO : 0∼99㎎/ℓ, O₂: 0∼99.9%
분해능 DO : 0.1㎎/ℓ, O₂: 0.1%,
표 1
| 시간(H) | 0 | 1 | 3 | 7 |
| 포화도(mg/l) | 47.17 | 46.56 | 46.45 | 43.21 |
본 발명에 따른 산소용해장치를 특징적으로 포함하는 고농도 용존 산소 공급 정수기는 이러한 산소용해장치를 통해 산소발생장치로부터 발생된 산소를 냉수조의 음용수에 확산 작용에 의해 용해하며, 이러한 용해 방식은 종래의 정수기에서 채택하는 기포 방식과는 근본적으로 상이하고, 또한 본 발명에 따른 확산 작용에 의한 산소 용해 방식을 구현하기 위한 수단으로서 특정적으로 개발된 산소용해장치를 포함함을 특징으로 하는 본 발명의 고농도 용존 산소 공급 정수기는 종래의 어떠한 산소 공급 정수기와 발명의 구성 자체가 완전히 상이하다는 것이 본 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 너무도 명백하다. 한편으로, 본 발명에 따른 고농도 용존 산소 공급 정수기로부터 취출된 음용수는 40 ppm 이상의 고농도 산소가 용존되고 더불어 상당 기간 이러한 산소 농도가 유지되는 것이 입증됨에 따라 이러한 음용수를 공급하는 본 발명의 고농도 용존 산소 공급 정수기는 그 산업적 이용가능성이 매우높다 할 것이다.
이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예 및 실험예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (7)
- 산소발생장치를 포함한 고농도 용존 산소 공급 정수기에 있어서, 산소발생장치로부터 발생된 산소가 산소용해장치를 통해 냉수조의 음용수에 용존되도록 산소용해장치가 냉수조에 체결되어 있고 산소용해장치는 폴리테트라플루오로에틸렌 막을 포함하여 이 막을 통해 산소발생장치로부터 발생된 산소가 냉수조의 음용수로 유입됨을 특징으로 하는 정수기.
- 제1항에 있어서, 산소용해장치가 상부격막홀더(28), 상부조임너트(35), 하부격막홀더(30), 하부조임너트(36) 및 폴리테트라플루오로에틸렌 막(26)으로 구성되고; 하부격막홀더는 원통으로 되어 상단은 원통의 폴리테트라플루오로에틸렌 막이 삽입되어 체결될 수 있도록 홈이 파여져 있고 하단은 산소발생장치로부터 발생된 산소를 공급하는 관과 연결되며, 하부격막홀더의 상부 외측면은 볼트로 되어 있어 하부조임너트와 맞물리면서 폴리테트라플루오로에틸렌 막은 냉수조의 정수가 홀더 내부로 유입되지 않을 정도로 홈에 체결되고; 상부격막홀더는 이의 하부면에 원통의 폴리테트라플루오로에틸렌 막이 삽입되어 고정 체결되도록 홈이 파여져 있고, 하부격막홀더의 외측면은 볼트로 되어 있어 상부조임너트와 맞물리면서 폴리테트라플루오로에틸렌 막은 냉수조의 정수가 홀더 내부로 유입되지 않을 정도로 홈에 체결됨을 특징으로 하는 정수기.
- 제1항에 있어서, 산소센서가 음용수중의 용존산소의 농도를 감지하고 산소발생장치(12)의 필터구동부(16)에 연결되어 이의 작동을 제어하도록 냉수조(8)의 내부 일측에 추가로 구비됨을 특징으로 하는 정수기.
- 제1항에 있어서, 정수조(4)가 냉수조(8)의 위로 일정 거리를 두고 추가로 구비되고 정수필터로부터 유입된 정수조(4)의 음용수가 냉수조(8)로 유입되는 압력을 조절하도록 정수조와 냉수조사이에 산소분압조절밸브(32)가 추가로 구비됨을 특징으로 하는 정수기.
- 제1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 산소발생장치가 PSA 산소발생장치 또는 기체분리막 산소발생장치임을 특징으로 하는 고농도 용존 산소 공급 정수기.
- 제5항에 있어서, 산소발생장치가 PSA 산소발생장치임을 특징으로 하는 정수기.
- 제6항에 있어서, PSA 산소발생장치가 필터구동부(16)와 제올라이트필터부(14)로 분리되어 구성된 것임을 특징으로 하는 정수기.
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