KR20060042580A - 역삼투 정수기의 농축수 배출 저감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 역삼투 정수기의 농축수 배출 저감장치에 관한 것으로, 역삼투 멤브레인 필터를 포함하는 정수기에 있어서, 상기 역삼투 멤브레인 필터의 하부에서 분기된 배출라인상에 설치되며 농축수가 상기 역삼투 멤브레인 필터를 강제로 통과할 수 있는 수압을 유지하도록 미리 정해진 유량만 배출시키도록 된 배출밸브, 이 배출밸브 전방의 배출라인에서 분기되어 상기 배출밸브 후방의 배출라인으로 연결되는 급속배출라인, 이 급속배출라인상에 설치되어 개폐여부에 따라 농축수의 흐름을 완전차단 또는 일시에 배출하도록 된 개폐밸브, 이 개폐밸브의 개방 및 폐쇄 여부를 제어하도록 된 제어부로 이루어져, 높은 회수율을 갖는 상기 배출밸브를 통해 농축수의 배출량을 최소화하는 한편, 상기 역삼투 멤브레인 필터 내의 오염물질은 간헐적인 개폐밸브의 개방을 통해 세척하여 외부로 배출할 수 있도록 된 것이다.
역삼투압, 정수기, 농축수, 정수수, 배출저감, 회수율

Description

역삼투 정수기의 농축수 배출 저감장치{Apparatus for Reducing Condensed Water Discharge of Reverse Osmosis Water Purifier}
도 1은 종래기술에 따른 역삼투 정수기의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 역삼투 정수기의 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 배출밸브의 일실시예를 도시한 개략적인 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 배출밸브의 다른 실시예를 도시한 개략적인 단면도,
도 5는 본 발명에 따라 가압펌프가 장착된 역삼투 정수기의 개폐밸브 개방시, 세척시간에 대한 폐수의 총 용존 고형물의 변화를 보여주는 그래프,
도 6은 본 발명에 따라 가압펌프가 없는 역삼투 정수기의 개폐밸브의 개방시, 세척시간에 대한 폐수의 총 용존 고형물의 변화를 보여주는 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 배출밸브의 회수율을 65%로 설정한 상태에서 총 용존 고형물의 제거율과 정수량의 변화를 보여주는 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 배출밸브의 회수율을 35%로 설정한 상태에서 총 용존 고형물의 제거율과 정수량의 변화를 보여주는 그래프이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
100 : 침전필터 110 : 선카본필터
120: 역삼투 멤브레인 필터 130 : 후카본필터
140,140' : 배출밸브 141 : 몸체
142 : 유로 143 : 스프링
144 : 유량조절부재 145 : 호스
146 : 캐필러리관 150 : 개폐밸브
160 : 제어부 200 : 정수라인
300 : 배출라인 400 : 급속배출라인
본 발명은 역삼투압 방식의 정수기에 관한 것으로, 특히 원수의 정수과정에서 발생되는 농축수를 이용하여 역삼투 멤브레인 필터를 세척하는 것은 물론, 농축수의 배출량을 줄여 원수의 낭비를 방지할 수 있도록 된 역삼투 정수기의 농축수 배출 저감장치에 관한 것이다.
수질오염이 심각해지면서 오염된 물을 깨끗하게 여과할 수 있는 정수기에 대한 관심이 증대되고 있는 실정이다. 이러한 정수기의 정수방식에는 역삼투압 방식, 중공사막방식, 자연여과방식 등이 있는데, 이중에 역삼투압 방식을 좀 더 자세히 살펴보면 다음과 같다.
역삼투압 방식이란 이온과 분자 등의 농도가 높은 물과 낮은 물 사이에 삼투막(반투과막)을 설치하면 농도가 낮은 쪽의 물분자가 높은 쪽으로 삼투하여 양쪽 물의 농도가 평형상태에 도달 할 때 삼투하는 물의 압력을 삼투압이라고 하는데, 이러한 삼투압이 작용하는 반대방향으로 삼투압보다 큰 압력을 가하면 물이 삼투막을 통과하여 물속에 포함되어 있는 물 이외의 다른 성분을 원하는 수준까지 제거하여 물을 정수하는 방식을 말한다.
이러한 역삼투압 방식의 정수기는 가정에서 흔히 사용되는데 그 구성을 살펴보면, 도 1에서 보는 바와 같이, 수도물 등의 원수로부터 입자성 물질을 제거하도록 된 침전필터(10), 이 침전필터(10)를 거쳐 1차적으로 정수된 물에서 염소 및 산화물질을 제거하도록 된 선카본필터(20), 이 선카본필터(20)를 거쳐 2차적으로 정수된 물에서 이온성 물질을 제거하도록 된 역삼투 멤브레인 필터(30), 이 역삼투 멤브레인 필터(30)를 거쳐 3차적으로 정수된 물에서 가스상의 물질을 제거하거나 살균기능을 수행하도록 된 후카본필터(40)가 정수라인(50)상에 순차적으로 연결된다.
여기서, 상기 역삼투 멤브레인 필터(30)에는 역삼투 과정에서 필연적으로 발생되는 농축수를 배출하도록 배출라인(60)이 연결되고, 이 배출라인(60)상에는 배출밸브(70)가 구비되어, 이 배출밸브(70)를 통해 배출되는 농축수의 흐름을 지연시키며, 상기 배출밸브(70)의 회수율은 상기 역삼투 멤브레인 필터(30)의 오염도를 고려하여 통상 20% ~ 35% 정도로 설정되어 있다.
여기서, 회수율 = 정수수/(정수수 + 농축수) ×100 을 의미한다.
한편, 나권형의 역삼투 멤브레인 필터(30)는 높은 이물질 제거율을 가지고 있는 반면, 멤브레인의 표면에 오염이나 스케일링이 쉽게 가속화 되는 특성이 있기 때문에, 통상적으로 역삼투 멤브레인 필터(30)의 경우, 일부는 정수되고 정수되지 않은 공급수의 일부는 농축수로 배출되어 공급수 부분의 오염 농도를 낮추어 주는 부분여과 방식으로 상기 역삼투 멤브레인 필터(30)의 수명을 유지하여 왔다.
즉, 종래의 역삼투 정수기에서는 상기 역삼투 멤브레인 필터(30)의 이러한 특성을 고려하여 정수수보다 많은 양의 농축수를 배출하여 멤브레인 표면의 오염현상이나 스케일링 발생을 억제시켜 왔다.
이에 따라, 가정용으로 사용되는 역삼투 정수기의 경우에는 정수수:농축수의 비율이 1:2 이상으로 설정되어 농축수의 배출이 정수수보다 훨씬 많은 것이 일반적이며, 이러한 정수수:농축수 비율을 일정하게 유지하기 위하여 압력에 따라 보정될 수 있도록 설계된 조절밸브로 정수기가 운전될 경우에는 항상 일정 비율의 농축수가 배출되었다.
하지만, 상기 역삼투 멤브레인 필터(30)의 초기 사용 목적이 해수 담수화로 접근 되어 사실상 바닷물을 이용할 경우에는 공급수의 낭비 등은 큰 문제가 되지 않았으나, 가정용 정수기에 상기 역삼투 멤브레인 필터(30)가 적용됨에 따라 정수수보다 농축수로 배출되는 양이 너무 많게 됨에 따라 물의 낭비가 심하여 사용자의 요구사항을 충족시키지 못하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 농축수 배출속도가 상이한 두 개의 유로를 형성시켜 한쪽으로는 일정 비율로 농축수가 배출되도록 하고 다른 한쪽은 개폐할 수 있도록 구성하여, 농축수의 배출량을 조절함과 아울러, 개폐 유로의 적절한 개방주기와 개방시간의 조절을 통해 세척효과를 극 대화하여 농축수 배출량 저감을 극대화하도록 된 역삼투 정수기의 농축수 배출 저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 역삼투 멤브레인 필터를 포함하는 정수기에 있어서, 상기 역삼투 멤브레인 필터의 하부에서 분기된 배출라인상에 설치되며 농축수가 상기 역삼투 멤브레인 필터를 강제로 통과할 수 있는 수압을 유지하도록 미리 정해진 유량만 배출시키도록 된 배출밸브, 이 배출밸브 전방의 배출라인에서 분기되어 상기 배출밸브 후방의 배출라인으로 연결되는 급속배출라인, 이 급속배출라인상에 설치되어 개폐여부에 따라 농축수의 흐름을 완전차단 또는 일시에 배출하도록 된 개폐밸브, 이 개폐밸브의 개방 및 폐쇄 여부를 제어하도록 된 제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 배출밸브는 소정 형상의 유로가 형성된 몸체와, 이 몸체의 유로를 개폐하도록 스프링을 매개로 상기 몸체에 탄력지지되며 미세구멍이 형성된 유량조절부재로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배출밸브는 호스 내부에 작은 내경을 갖는 캐필러리관이 삽입되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 배출밸브의 회수율은 45% 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 개폐밸브는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 개폐밸브의 개방주기는 정수기의 운전시간을 기준으로 1~10 시간 마다 1회 개방되며, 그 개방시간은 15~120 초인 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 역삼투 정수기의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 배출밸브의 일실시예를 도시한 개략적인 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 배출밸브의 다른 실시예를 도시한 개략적인 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따라 가압펌프가 장착된 역삼투 정수기의 개폐밸브 개방시, 세척시간에 대한 폐수의 총 용존 고형물의 변화를 보여주는 그래프이며, 도 6은 본 발명에 따라 가압펌프가 없는 역삼투 정수기의 개폐밸브의 개방시, 세척시간에 대한 폐수의 총 용존 고형물의 변화를 보여주는 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 배출밸브의 회수율을 65%로 설정한 상태에서 총 용존 고형물의 제거율과 정수량의 변화를 보여주는 그래프이며, 도 8은 본 발명에 따른 배출밸브의 회수율을 35%로 설정한 상태에서 총 용존 고형물의 제거율과 정수량의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 역삼투 정수기의 일실시예로서, 수도물 등의 원수로부터 입자성 물질을 제거하도록 된 침전필터(100), 이 침전필터(100)를 거쳐 1차적으로 정수된 물에서 염소 및 산화물질을 제거하도록 된 선카본필터(110), 이 선카본필터(110)를 거쳐 2차적으로 정수된 물에서 이온성 물질을 제거하도록 된 역삼투 멤브레인 필터(120) 및 이 역삼투 멤브레인 필터(120)를 거쳐 3차적으로 정수된 물에서 가스상의 물질을 제거하거나 살균기능을 수행하는 후카본필터(130)가 정수라인(200)상에 순차적으로 연결된다.
그리고, 상기 역삼투 멤브레인 필터(120)의 하부에는 배출라인(300)이 형성되며, 이 배출라인(300)상에는 배출되는 농축수의 흐름을 지연시켜 일정 수압을 유 지할 수 있도록 된 배출밸브(140)가 구비되고, 이 배출밸브(140) 전방의 배출라인(300)에서 분기되어 상기 배출밸브(140) 후방의 배출라인(300)으로 연결되는 급속배출라인(400)상에는 농축수의 흐름을 완전차단 또는 일시에 배출하도록 된 개폐밸브(150)가 구비되며, 이 개폐밸브(150)의 개방 및 폐쇄 여부를 제어하도록 된 제어부(160)가 구비되어 이루어진다.
한편, 상기 배출밸브(140)는 농축수의 흐름을 지연시켜 일정 수압을 유지시킬 수 있는 구조로 이루어진 것으로, 도 3에서 보는 바와 같이, 배출밸브(140)는 몸체(141) 내에 형성된 유로(142)를 개폐하도록 스프링(143)을 매개로 상기 몸체(141)에 탄력지지되며 미세구멍이 형성된 유량조절부재(144)로 이루어진 형태로 이루어져 상기 스프링(143)의 탄성력을 변경하여 원하는 회수율을 확보하거나, 도 4에서 보는 바와 같이, 호스(145) 내부에 작은 내경을 갖는 캐필러리관(146)이 삽입되어, 상기 호스(145)의 길이 및 캐필러리관(146)의 내경 크기를 변경하여 원하는 회수율을 확보할 수 있는 형태의 배출밸브(140')로 변경할 수 있지만, 전술한 바와 같이 농축수의 흐름을 지연시켜 일정 수압을 유지시킬 수 있는 조건만 만족한다면 더욱 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
그리고, 상기 개폐밸브(150)는 솔레노이드 밸브이며, 상기 제어부(160)와 전기적으로 연결된다.
이하 본 발명의 작동을 상세히 설명한다.
본 발명에 따르면, 역삼투 정수기로 공급되는 원수는 상기 침전필터(100), 선카본필터(110), 역삼투 멤브레인 필터(120) 및 후카본필터(130)를 순차적으로 거 치면서 깨끗하게 정수된 정수수가 되어 정수라인(200)을 통해 이동되는데, 이 과정에서 상기 역삼투 멤브레인 필터(120)를 통과하지 못한 나머지 물은 농축수가 되어 상기 배출라인(300)을 따라 배출밸브(140)를 거쳐 외부로 배출된다.
상기 배출밸브(140)는 최초설계 기준에 따라 45% 이상의 높은 회수율을 갖도록 설정되어 있기 때문에 농축수의 배출을 상당히 억제하게 되며, 배출이 지연된 농축수는 높아진 수압에 의해 다시 상기 역삼투 멤브레인 필터(120)를 통해 여과되어 정수라인(200)을 통해 이동되며, 이러한 농축수 배출량의 감소는 멤브레인 필터(120) 내부의 압력 상승을 가져와 정수유량 증가에도 도움을 주게 된다.
즉, 본 발명에서는 농축수의 배출을 최소화하기 위해서 높은 회수율을 갖는 배출밸브(140)를 사용하게 되는데, 종래의 역삼투 정수기의 배출밸브의 회수율은 20~35% 정도의 수준인데 비해, 농축수의 플러싱(Flushing)에 의한 세척효과를 유발할 수 있는 본 발명에서는 그 회수율을 45% 이상으로 설정하여 운전하게 되며, 상기 역삼투 멤브레인 필터(120)의 수명을 유지하는 범위 내에서 농축수 배출을 최소화하는 회수율의 범위는 55% ~ 80%를 유지하는 것이 바람직하다.
전술한 과정이 반복되면서 일정시간이 경과하게 되면, 상기 역삼투 멤브레인 필터(120)에는 오염물질이 누적되게 되는데, 이때 제어부(160)에 설정된 입력값에 따라 개방신호가 발생되어 상기 개폐밸브(150)가 개방된다.
상기 개폐밸브(150)의 개방에 의해 농축수는 배출 저항을 받지않기 때문에 상기 급속배출라인(400)을 통해 외부로 일시에 배출되는데, 이 과정에서 상기 역삼투 멤브레인 필터(120)의 표면을 경유하여 빠른 유속으로 농축수가 배출됨에 따라 자연적으로 상기 역삼투 멤브레인 필터(120)를 세척하는 효과가 발휘된다.
이러한 세척효과의 극대화를 위해서는 적절한 역삼투 멤브레인 필터(120) 세척주기 및 세척시간이 효율성을 결정하는 주요 인자로 작용한다.
상기 역삼투 멤브레인 필터(120)의 세척효과를 위한 개폐밸브(150)의 개방 방법으로 최적의 세척주기의 산정은 역삼투 정수기가 운전되는 시간에 따른 제어가 가장 적절하며, 상기 역삼투 정수기의 운전시간을 기준으로 1~10 시간 운전에 1회 개폐밸브(150)의 개방에 의한 세척이 요구되며, 더욱 바람직하게는 2~3 시간 운전에 1회 세척되는 것이 효과적이다.
또한 본 출원인에 의해 실험된 것으로, 세척시간에 대한 폐수의 총 용존 고형물(TDS;Total Dissolved Solid)의 변화를 보여주는 그래프인 도 5(가압펌프가 있는 경우) 및 도 6(가압펌프가 없는 경우) 에서 보는 바와 같이, 1회 세척시 그 세척시간은 15~120 초가 적합하며, 잦은 세척주기와 긴 세척시간은 농축수 배출의 저감효과를 극대화하기 어렵기 때문에 2~3 시간 운전에 1회 세척하고, 그 세척시간은 20~30 초를 유지하는 것이 가장 바람직하다.
상기 실험은 3차례에 걸쳐 배출밸브(140)의 회수율을 65%로 설정하여 운전시킨 후, 개폐밸브(150)를 개방하여 개방된 시간부터 배출되는 농축수의 총 용존 고형물(TDS)을 시간에 따라 측정한 것으로, 공급되는 공급수의 총 용존 고형물의 농도는 87mg/ℓ이며, 초기 고농도의 공급수가 상기 개폐밸브(150)의 개방으로 인한 세척 후 다시 공급수와 같은 농도로 되는 것은 20~30 초면 충분함을 알 수 있다. 즉, 상기 개폐밸브(150)의 개방에 의한 세척 효과는 20~30 초 내에 모두 이루어진 다.
한편, 도 7 에서 보는 바와 같이, 상기 개폐밸브(150)의 회수율을 65% 가 되도록 고정시키고 본 발명에 따른 역삼투 정수기를 3시간 운전한 후, 1회, 20초간 개폐밸브(150)의 개방으로 농축수를 배출시켰을 경우, 상기 역삼투 멤브레인 필터(120)의 유량 감소 등이 거의 발생하지 않았음을 알 수 있으며, 개폐밸브(150)의 회수율을 35% 로 설정한 경우(도 8)에 비해 오히려 더 안정적인 형태를 보이고 있음을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 높은 회수율을 갖는 배출밸브를 통해 농축수의 배출량을 최소화하는 한편, 역삼투 멤브레인 필터 내의 오염물질은 간헐적인 개폐밸브의 개방을 통해 세척하여 외부로 배출할 수 있게 되어, 역삼투 정수기로 공급되는 원수의 정수수화 비율을 향상시키고, 역삼투 멤브레인 필터의 사용수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않고 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 역삼투 멤브레인 필터를 포함하는 정수기에 있어서,
    상기 역삼투 멤브레인 필터의 하부에서 분기된 배출라인상에 설치되며 농축수가 상기 역삼투 멤브레인 필터를 강제로 통과할 수 있는 수압을 유지하도록 미리 정해진 유량만 배출시키도록 된 배출밸브, 이 배출밸브 전방의 배출라인에서 분기되어 상기 배출밸브 후방의 배출라인으로 연결되는 급속배출라인, 이 급속배출라인상에 설치되어 개폐여부에 따라 농축수의 흐름을 완전차단 또는 일시에 배출하도록 된 개폐밸브, 이 개폐밸브의 개방 및 폐쇄 여부를 제어하도록 된 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 역삼투 정수기의 농축수 배출 저감장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배출밸브는 소정 형상의 유로가 형성된 몸체와, 이 몸체의 유로를 개폐하도록 스프링을 매개로 상기 몸체에 탄력지지되며 미세구멍이 형성된 유량조절부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 역삼투 정수기의 농축수 배출 저감장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배출밸브는 호스 내부에 작은 내경을 갖는 캐필러리관이 삽입되어 이루어진 것을 특징으로 하는 역삼투 정수기의 농축수 배출 저감장치.
  4. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    상기 배출밸브의 회수율은 45% 이상인 것을 특징으로 하는 역삼투 정수기의 농축수 배출 저감장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 개폐밸브는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 역삼투 정수기의 농축수 배출 저감장치.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 개폐밸브의 개방주기는 정수기의 운전시간을 기준으로 1~10 시간 마다 1회 개방되며, 그 개방시간은 15~120 초인 것을 특징으로 하는 역삼투 정수기의 농축수 배출 저감장치.
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