KR20060056079A - 정수살균장치를 구비하는 정수기 및 이에 사용되는정수살균장치 - Google Patents

정수살균장치를 구비하는 정수기 및 이에 사용되는정수살균장치 Download PDF

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Abstract

NaCl 수용액을 전해하여 살균물질을 정수탱크에 공급함으로써 정수탱크 내의 정수된 물을 살균소독하는 정수살균장치를 구비하는 정수기가 제공된다.
상기 정수살균장치를 구비하는 정수기는, 공급된 물을 여과하는 필터부; 상기 필터부에서 정수된 물을 저장하는 정수탱크; 일정 농도의 NaCl 수용액을 저장하는 소금물 저장용기; 상기 소금물 저장용기로부터 공급된 NaCl 수용액을 전기분해하여 살균물질을 생성하도록 양극전극과 음극전극을 구비하는 전해부; 상기 전해부로부터 공급된 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크에 일정한 양만큼 토출하는 소금물 공급부; 및 상기 전해부의 가동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부; 를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면 살균능력이 향상될 뿐만 아니라 물맛의 변화가 생기지 않는 양질의 정수를 얻을 수 있으며, 전극의 수명 증가 및 전극 성능의 유지를 통해 일정한 살균능력을 지속적으로 유지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
정수기, 전기분해, NaCl 수용액, 살균장치

Description

정수살균장치를 구비하는 정수기 및 이에 사용되는 정수살균장치{Water Purifier Having a Device for Sterilizing Purified-Water And Device for Sterilizing Purified-Water Therefor}
도 1은 본 발명에 의한 정수살균장치를 구비하는 정수기의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 정수살균장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 의한 정수살균장치의 소금물 저장용기를 도시한 단면도로서,
(a)는 전해부에 장착하기 전의 단면도이고,
(b)는 전해부에 장착되어 일정기간 동안 사용한 후의 단면도이며,
(c)는 (b)의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 정수기의 전해부의 구조를 도시한 것으로서,
(a)는 셀 타입의 전해부의 개략도이고,
(b)는 전극봉 타입의 전해부의 개략도이며,
(c)는 원통 타입의 전해부의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 의한 정수살균장치의 가동시 잔류염소농도를 나타내는 그 래프로서,
(a)는 5% NaCl 수용액에 대하여 전압 및 시간의 변화에 따른 잔류염소농도의 값을 나타내며,
(b)는 12볼트의 전압을 인가하였을 때 NaCl 수용액의 농도 및 시간의 변화에 따른 잔류염소농도의 값을 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100...필터부 200...정수탱크
300...정수살균장치 310...소금물 저장용기
320,350...역류방지밸브 330...소금물 공급부
340...소금물 공급부 360...전원공급부
본 발명은 정수살균장치를 구비하는 정수기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 NaCl 수용액을 전해하여 살균물질을 정수탱크에 공급함으로써 정수탱크 내의 정수된 물을 살균소독하는 장치를 구비하는 정수기 및 이에 사용되는 정수살균장치에 관한 것이다.
일반적으로, 정수기는 정수탱크의 유무에 따라 직수식과 저수식으로 구분된다.
이 중에서 직수식 정수기는 원료수의 수압을 이용하여 작동되며 원료수 중에 존재하는 입자 찌꺼기를 제거하는 침전필터와 염소성분과 냄새를 제거하기 위한 활성탄 필터와 기타 세라믹필터 등으로 구성되어 있으며 정수탱크가 없는 형태이다.
또한, 저수식 정수기는 냉수 및 온수기능이 부가되며 필터의 여과속도가 느려 정수된 물을 5∼20리터 정도 보관할 수 있는 정수탱크를 사용한다.
저수식 정수기의 구성을 보다 상세히 설명하면 수돗물이나 자연수와 같은 원수(原水)의 공급을 제어하기 위한 원수 밸브와, 상기 원수 밸브를 통과한 원수 중의 비교적 큰 입자의 찌꺼기를 여과하기 위한 고탁도 필터와, 상기 고탁도 필터를 통과하면서 여과되지 않은 비교적 작은 입자의 찌꺼기를 여과하기 위한 침전 필터와, 공급되는 원수를 소정의 압력으로 이동시키기 위한 가압용 펌프와, 원수중의 염소 성분이나 냄새를 제거하기 위한 전활성탄 필터와, 상기 전활성탄 필터를 통과한 원수 중에 잔류하는 이온성 중금속을 제거하기 위한 역삼투여과 필터 혹은 이온성 성분을 제외한 입자크기 0.1㎛내외의 미세 입자제거를 위한 한외여과 필터와, 상기 역삼투여과 필터 또는 한외여과 필터를 통과한 식수중에 포함된 냄새를 제거하기 위한 후활성탄 필터와, 상기 후활성탄 필터를 통과한 정수를 저장하기 위한 정수탱크와, 정수탱크의 물을 받아 냉수와 온수를 생산하는 냉수조·온수조와, 냉수와 온수를 방출하는 배수코크로 구성되어 있다.
이러한 정수기에서 일반세균 및 생물학적 오염의 발생은 일반적으로 고액분 리 공정인 여과방식, 활성탄 흡착방식, 저수방식에서 기인된다.
여과방식이란 일정 크기 이상인 고체를 액체와 분리시키는 것을 의미하는데, 정수기의 원료수인 수도수나 지하수에 포함되어 있는 고체는 대부분 유기물로 구성되므로 정수기를 일정기간동안 사용할 경우 필터에 의해 걸러지는 고체성분이 미생물의 성장에 필요한 영양분으로 작용하게 된다.
활성탄 흡착방식은 활성탄이 가지는 미세 기공에 의한 물리적인 흡착작용으로 수중에 용존되어 있는 맛과 냄새 유발물질을 제거하는 방식이다. 활성탄 필터도 일정시간 사용 후에는 미세기공에 축적되어 있는 맛과 냄새 유발물질 등의 유기물이 미생물의 성장에 필요한 영양분으로 작용하게 된다.
저수방식은 아무리 밀봉에 주의를 기울여도 대기로부터 유입되는 세균이나 필터에서 공급되는 세균에 의해 정수탱크 내의 물이 오염될 가능성이 높다. 특히 정수과정에서 세균증식을 억제할 수 있는 잔류염소성분이 대부분 제거된 상태이므로 일반세균 및 생물학적 오염에 대응할 방안이 없다.
이와 같은 정수기의 일반세균 및 생물학적 오염문제를 해결하기 위한 종래의 공지기술로는 자외선을 이용하는 방식이 있다.
자외선을 이용하는 방식은 자외선램프를 상기 저수방식 정수기의 전체 필터공정 후단에 설치하여 제어하는 방식이 상용화되어 있으나 세균문제를 원천적으로 해결하지는 못하고 있다. 자외선램프의 경우 순간적인 살균력은 우수하지만, 살균처리 후에 정수탱크로 공급되어 저장되는 살균수에는 잔류성이 있는 살균제가 존재 하지 않으므로 일반세균 및 생물학적 오염에 대하여 무방비 상태로 노출된다. 즉, 대기나 주변환경에 상존하던 세균 및 미생물이 정수탱크 내부로 침투하여 서식하게 되거나, 자외선 살균기를 통해 미처리된 미생물에 의해 정수탱크의 물이 재오염되며 특히, 정수기의 사용이 없는 야간에는 균의 재성장이 이루어진다.
자외선램프를 이용한 정수기 살균방법에 대한 또 다른 공지 기술이 대한민국 특허공개 1999-0069424호의 "정수기 및 그 정수살균방법"에 개시되어 있다. 상기 공개특허에서는 자외선 램프를 정수탱크에 삽입하여 정수탱크 내의 일반세균 및 생물학적 오염을 제어하거나 자외선 램프를 장치한 순환모듈을 정수탱크의 측면에 배치하고 순환펌프를 이용하여 순환살균하는 방식을 제안하고 있다.
이와 같은 방식은 상기한 통상의 자외선램프 방식의 문제점을 보완하여 정수탱크에서의 세균 재오염을 일정 부분 방지할 수는 있지만, 자외선의 특성상 잔류 가능한 산화제를 생성하지 못하므로 살균장치를 계속 가동하여야 하며 정수 사용을 위해 사용되는 배수코크의 오염은 제어할 수 없는 문제점이 있다.
한편, 정수기의 일반세균 및 생물학적 오염문제를 해결하기 위하여 또 다른 방식으로, 정수 또는 원료수가 이동하는 배관이나 정수탱크 내에 전해장치를 설치하고, 상기 전해장치의 음극전극과 양극전극을 이용하여 NaCl 수용액 등을 전기분해하여 살균물질(ClO- 이온)을 공급함으로써 정수 또는 원료수를 살균하는 방법이 제안되고 있다.
그러나, 이러한 방식에 의하는 경우에는 양극과 음극전극이 원료수 또는 정수에 직접 노출되어 위치하므로 원료수 또는 정수에 포함되어 있는 이온 등 각종의 불순물에 의해 전극에 다량의 스케일이 발생하여 전극의 수명이 단축된다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 전극을 사용함에 따라 전극의 성능이 저하되어 살균성능이 급격히 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 방식은 원수를 직접 전해하기 때문에 살균물질 발생량이 원수의 수질에 따라 심한 변화를 보일 수 있으며, 수압과 통수량에 따라 살균물질 발생량의 변화가 심하게 나타날 수 있어 적정 농도의 살균물질 발생이 어렵고, 살균물질의 농도가 높은 경우에는 물맛에 영향을 미치고 낮은 경우에는 살균이 되지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 정수탱크에 일정량의 살균물질을 공급함으로써 정수기 내에 존재하는 각종 세균을 효율적으로 제거함과 아울러 물맛의 변화가 없고 전극의 수명이 긴 정수살균장치를 구비하는 정수기 및 이에 사용되는 정수살균장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일측면으로서 본 발명은, 공급된 물을 여과하는 필터부; 상기 필터부에서 정수된 물을 저장하는 정수탱크; 일정 농도의 NaCl 수용액을 저장하는 소금물 저장용기; 상기 소금물 저장용기로부터 공급된 NaCl 수용액을 전기분해하여 살균물질을 생성하도록 양극전극과 음극전극을 구비하는 전해부; 상기 전해부로부터 공급된 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크에 일정한 양만큼 토출하는 소금물 공급부; 및 상기 전해부의 가동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부; 를 포함하는 정수살균장치를 구비하는 정수기를 제공한다.
바람직하게는, 상기 소금물 저장용기는 하부가 개방되고 상부에 좁은 배출구가 형성된 중공형 몸체, 상기 몸체의 내면에 상기 몸체의 하부를 막도록 장착되며 상기 몸체의 내면을 따라 상하 방향으로 이동가능하도록 배치된 커버 및 상기 커버와 상기 몸체의 내면을 밀폐하는 밀폐부재를 구비한다.
더욱 바람직하게는, 상기 소금물 저장용기는 전기분해 반응에 의해 생성된 기체를 배출하는 배출구 및 상기 배출구를 선택적으로 덮거나 개방하는 덮개를 구비할 수 있다.
또한, 상기 소금물 공급부는 밸브의 개폐에 따라 일정량의 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크에 공급하도록 솔레노이드 밸브로 이루어지며, 상기 전원공급부는 상기 솔레노이드 밸브의 구동에 필요한 전원을 공급하도록 하는 것이 바람직하며, 상기 정수탱크 내의 정수의 잔류 염소 농도를 0.1 내지 0.2ppm으로 유지시키도록 상기 정수탱크의 용적에 비례하는 일정량의 전해된 NaCl 수용액을 공급하도록 할 수도 있다.
또한 바람직하게는, 상기 정수기는 상기 전해부에서 전해된 NaCl 수용액이 상기 소금물 저장용기로 역류하는 것을 방지하도록 상기 소금물 저장용기와 상기 전해부를 연결하는 역류방지밸브; 를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해부의 양극전극과 음극전극은 일정 간격을 두고 설치된 봉으로 이루어지거나, 일정 간격을 두고 설치된 박판으로 이루어질 수 있으며, 상기 전극들의 재질은 티타늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 정수기는 사용자가 정수된 물을 취수할 때 또는 일정시간 마다 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크에 공급하도록 상기 전해부와 상기 소금물 공급부의 구동을 제어하는 제어부; 를 추가로 포함할 수도 있다.
다른 측면으로서 본 발명은, 일정 농도의 NaCl 수용액을 저장하는 소금물 저장용기; 상기 소금물 저장용기로부터 공급된 NaCl 수용액을 전기분해하여 살균물질을 생성하도록 양극전극과 음극전극을 구비하는 전해부; 상기 전해부로부터 공급된 전해된 NaCl 수용액을 정수된 물을 저장하는 정수탱크에 일정한 양만큼 토출하는 소금물 공급부; 및 상기 전해부의 가동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부; 를 포함하는 정수살균장치를 제공한다.
이때, 상기 소금물 저장용기는 하부가 개방되고 상부에 좁은 배출구가 형성된 중공형 몸체, 상기 몸체의 내면에 상기 몸체의 하부를 막도록 장착되며 상기 몸체의 내면을 따라 상하 방향으로 이동가능하도록 배치된 커버 및 상기 커버와 상기 몸체의 내면을 밀폐하는 밀폐부재를 구비한다.
바람직하게는, 상기 소금물 저장용기는 전기분해 반응에 의해 생성된 기체를 배출하는 배출구 및 상기 배출구를 선택적으로 덮거나 개방하는 덮개를 구비할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 소금물 공급부는 밸브의 개폐에 따라 일정량의 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크에 공급하도록 솔레노이드 밸브로 이루어지며, 상기 전원공급부는 상기 솔레노이드 밸브의 구동에 필요한 전원을 공급하도록 할 수 있다.
또한, 상기 정수살균장치는 상기 전해부에서 전해된 NaCl 수용액이 상기 소금물 저장용기로 역류하는 것을 방지하도록 상기 소금물 저장용기와 상기 전해부를 연결하는 역류방지밸브; 를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전해부의 양극전극과 음극전극은 일정 간격을 두고 설치된 티타늄 봉으로 이루어진다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 정수살균장치를 구비한 정수기의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 정수기는 공급된 물을 여과하는 필터부(100), 상기 필터부(100)에서 정수된 물을 저장하는 정수탱크(200) 및 정수살균장치(300)를 구비하며, 상기 정수탱크(200)는 연결된 관을 통하여 정수된 물을 외부로 배출시키는 배수코크(420)와 연결된다.
상기 필터부(100)는 공지된 임의의 필터 조합을 사용할 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 일 실시예로서, 원료수 공급부(410)으로 부터 공급된 원료수 중의 입자의 찌꺼기를 여과하는 침전필터(110), 원료수 중의 염소 성분이나 냄새를 제거하는 프리카본 필터(120), 상기 프리카본 필터(120)를 통과한 원수중에 잔류하는 입자크기 0.1㎛내외의 미세 입자를 제거하는 멤브레인 필터(130)와, 상기 멤브레인 필터(130)를 통과한 물 중에 포함된 냄새를 제거하기 위한 포스트카본 필터(140)로 구성될 수 있다.
이러한 필터들에 추가적으로 원수중의 비교적 큰 입자의 찌꺼기를 여과하는 고탁도 필터를 구비할 수 있으며, 상기 멤브레인 필터(130) 대신에 이온성 중금속을 제거하는 역삼투여과 필터를 사용하는 것도 가능하다.
이러한 필터부(100)는 요구되는 정수기의 성능에 따라 필터의 수를 가감할 수 있으며, 공급되는 원수를 소정의 압력으로 이동시키기 위한 가압용 펌프(미도시)를 추가적으로 포함할 수도 있다.
상기 정수탱크(200)는 필터의 여과속도가 느린 저수식 여과방식에서 상기 필터부(100)를 통과한 정수를 5∼20리터 정도 보관하였다가 배출하는 수조이다.
상기 정수탱크(200)는 일 실시예로서, 하부에 냉수를 생산하는 냉수조(210) 및 온수를 생산하는 온수조(220)를 구비할 수 있다. 이때, 상기 냉수조(210)에는 냉수배출관(230)이 연결되며, 상기 온수조(220)에는 온수배출관(240)이 연결되고, 상기 냉수배출관(230)과 상기 온수배출관(240)의 각 선단에 배수밸브(250)와 배수코크(420)가 각각 설치되어 있다.
도 2는 본 발명에 의한 정수살균장치(300)의 구성을 도시한 간략도이고, 도 3은 본 발명에 의한 정수살균장치(300)의 소금물 저장용기를 도시한 단면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 전해부의 구조를 도시한 간략도이다.
도 2에서와 같이, 상기 정수살균장치(300)는 일정 농도의 NaCl 수용액(315)을 저장하는 소금물 저장용기(310), 상기 소금물 저장용기(310)에서 공급된 NaCl 수용액을 전기분해하여 살균물질을 생성하도록 양극전극(332)과 음극전극(331)을 구비하는 전해부(330), 상기 전해부(330)로부터 공급된 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크(200)에 일정한 양만큼 토출하는 소금물 공급부(340) 및 상기 전해부(330) 및 상기 소금물 공급부(340)의 구동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부(360)를 포함하며, NaCl 수용액이 역류하는 것을 방지하도록 기능하는 역류방지밸브(320, 350) 및/또는 상기 전해부(330)와 상기 소금물 공급부(340)의 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 추가로 구비할 수 있다.
상기 소금물 저장용기(310)는 일정 농도의 NaCl 수용액(315)을 저장 및 배출하는 기능을 하는 것으로서, 이러한 기능의 수행이 가능하다면 공지된 임의의 용기를 사용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 소금물 저장용기(310)에 저장된 NaCl을 증류수에 용해시킨 순수한 NaCl 수용액을 사용함으로써 전해부(330)의 전극의 스케일 발생을 줄일 수 있다.
또한, 상기 소금물 저장용기(310)는 대기와 접촉하지 않도록 NaCl 수용액과 대기의 접촉을 차단하도록 밀폐되는 용기로 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 도 3(a) 내지 3(c)에 도시된 바와 같이, 상기 소금물 저장용기(310)는 하부가 개방되고 상부에 좁은 배출구(314)가 형성된 중공형 몸체(311), 상기 몸체(311)의 내면에 상기 몸체(311)의 하부를 막도록 장착되며 상기 몸체(311)의 내면을 따라 상하 방향으로 이동가능하도록 배치된 커버(312) 및 상기 커버(312)와 상기 몸체(311)의 내면을 밀폐하는 밀폐부재(313)을 구비하도록 구성할 수 있다.
그러나, 상기 소금물 저장용기(310)에 일반 세균이 번식하더라도 이러한 일반 세균은 정수탱크(200) 또는 정수기 내부로 직접 유입될 수 없고 전해조(330)를 통과하여 살균물질과 접촉한다는 점에서 반드시 밀폐용기를 사용할 필요는 없다는 점에서, 임의의 저장용기를 사용할 수도 있을 것이다.
상기 소금물 저장용기(310)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배출구(314)가 아래쪽을 향하게 하여 상기 전해부(200)에 연결된다.
이때, 상기 소금물 저장용기(310)와 상기 전해부(330) 사이에는 상기 전해부(330)에서 전해된 NaCl 수용액이 상기 소금물 저장용기(310)로 역류하는 것을 방지하며, 상기 전해부(330)의 전기분해 반응이 소금물 저장용기(310) 내에서 일어나지 않도록, 상기 소금물 저장용기(310)와 상기 전해부(330)를 연결하는 역류방지밸브(320)가 구비될 수 있다. 이러한 경우에는 상기 소금물 저장용기(310)의 배출구(314)는 상기 역류방지밸브(320)를 통하여 상기 전해부(330)와 연결된다.
한편, NaCl 수용액을 추가로 공급하기 위해서 상기 소금물 저장용기(310)의 교체가 가능하도록 탈착가능한 구조가 되는 것이 바람직할 것이나, 상기 소금물 저 장용기(310)에 직접 NaCl 수용액을 추가로 공급하도록 할 수도 있을 것이다.
상기 전해부(330)는 상기 소금물 저장용기(310)에서 공급된 NaCl 수용액을 전기분해하여 ClO- 이온 등의 살균물질을 생성하도록 양극전극(332)과 음극전극(331)을 구비하며, 상기 양극전극(332)과 음극전극(333)에는 도 2의 전원공급부(360)를 통하여 일정한 전압 또는 전류의 직류 전원이 공급된다.
이와 같이 전기분해를 하는 전해부의 구조로서는 도 4(a) 내지 4(c)에 도시된 바와 같이 다양한 형태의 전해부를 적용할 수 있다.
즉, 도 4(a)에서와 같이 원통형상의 전해조(331) 내에 일정 간격을 두고 설치된 봉 형상의 양극전극(332)과 음극전극(333)을 구비하는 전극봉 타입의 전해부(330a)를 적용할 수도 있고, 도 4(b)에서와 같이 전해조(331) 내에 박판 형상의 양극전극(332)과 음극전극(333)이 일정간격을 두고 반복하여 설치되는 셀 타입의 전해부(330b)를 적용할 수도 있으며, 도 4(c)에서와 같이 원통형상의 전해조(331)의 외면에 양극전극을 형성하고 그 안에 봉 형상의 음극전극(333)을 구비하는 원통 타입의 전해부(330c)를 적용할 수도 있을 것이다.
또한, 상기 전해부(330)의 전극들(332,333)은 티타늄으로 이루어지는 것이 바람직하나, 티타늄에 이리듐 또는 백금 코팅을 하여 사용할 수도 있을 것이다.
이러한 전해부(330)는 NaCl 수용액의 농도, 전극의 크기, 전극에 인가되는 전류 또는 전압, 전해조(331) 내에 포함되는 전해물질(NaCl 수용액)의 부피 등에 따라 다양하게 설정될 수 있을 것이다.
예를 들어, 상기 전해조(331) 내에 공급되는 NaCl 수용액의 농도를 5%농도, 부피를 2.0ml, 인가되는 전압을 12볼트 등으로 하여 셀 타입의 전해부(330a)로 구성할 수 있을 것이나, 설계사양에 따라 다양하게 변경할 수 있을 것이다.
이때, 전해부(330)에서의 전기분해 과정은 다음과 같다.
물을 전기분해할 때 양극전극(332)에서는 다음과 같은 반응이 일어난다.
H2O -> H + OH-
4OH- - 4e- → O2
H2O + O2 - 2e- → O3↑ + 2H+
2Cl- - 2e- → 2Cl → Cl2
Cl2 + H2O → HClO + H+ + Cl- → ClO- + 2H+ + Cl-
또한 음극전극(333)에서의 반응은 다음과 같다.
2H2O + 2e- → 2OH- + H2
한편, NaCl 용액을 전해하였을 때의 반응 메카니즘은 다음과 같이 나타난다.
상기 전해부(330)의 주반응은 다음과 같다.
Cl2+ H2O → HClO+ Cl- + H+
HClO ↔ ClO- + H+
2HClO + ClO- → ClO3- + 2Cl- + 2H+
양극전극(332)에서의 반응은 다음과 같다.
6Cl- + 3H2O → 2ClO3 - + 4Cl- + 6H+ +3/2O3 + 6e- Eo = 0.46V
또한, 음극전극(333)에서의 반응은 다음과 같다.
ClO- + H2O + 2e- → Cl- + 2OH-
ClO3 - + 3H2O+ 6e- → Cl- + 6OH-
용액 중의 물질이 손실되는 과정은 다음과 같다.
ClO- → Cl- +1/2O2
Cl2(diss)→ Cl2(gas)
상기 소금물 공급부(340)는 상기 전해부(330)로부터 공급된 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크(200)에 일정한 양만큼 토출하게 된다. 이때, 상기 정수탱크(200)에 전해된 NaCl 수용액을 원활히 공급하도록 하기 위해서, 전해된 NaCl 수용 액을 상기 정수탱크(200) 내의 정수된 물 위로 낙하시키는 것이 바람직할 것이다.
바람직하게는, 상기 소금물 공급부(340)는 솔레노이드 밸브로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 밸브의 개폐에 따라 일정량의 전해된 NaCl 수용액이 상기 정수탱크(200)에 공급되도록 할 수 있다.
즉, 일 실시예로 도시된 도 2에서와 같이, 상기 솔레노이드 밸브는 전원공급부(360)로부터 전원이 인가되면 피스톤(341)이 위쪽으로 이동하게 되고, 상기 피스톤(341)에 의해 밀려 나온 전해된 NaCl 수용액이 정수탱크(200)으로 공급된다.
이때, 상기 소금물 공급부(340)은 역류방지밸브(350)와 연결될 수 있는데, 상기 역류방지밸브(350)는 정수탱크(200)로부터 상기 소금물 공급부(340)으로 물이 역류하는 것을 방지하는 기능을 하게 된다. 따라서, 상기 정수탱크(200)의 수면 위로 전해된 NaCl 수용액이 낙하하는 경우에는 상기 역류방지밸브(350)는 구비되지 않을 수도 있다.
한편, 상기 전원공급부(360)는 상기 소금물 공급부(340)의 구동에 필요한 전원을 공급하게 되며, 상기 소금물 공급부(340)에 전원이 인가되면 피스톤(341)이 상방으로 이동하면서 전해된 NaCl 수용액이 정수탱크(200)로 공급된다.
이에 따라 상기 전해부(330), 역류방지밸브(320), 소금물 저장용기(310) 내의 NaCl 수용액이 아래로 내려오게 되고, 상기 소금물 저장용기(310)의 커버(312) 또한 압력차에 의해 하방으로 이동하게 된다.
한편, 상기 소금물 공급부(340)로부터 공급되는 전해된 NaCl 수용액의 양은 상기 피스톤(341)의 체적, 이동량 및 이동속도, 상기 소금물 공급부(340)의 관의 단면적 등에 의해 결정될 것이며, 이들의 값을 변경함으로써 공급량(dosing량)을 적절히 선택할 수 있을 것이다.
더욱 바람직하게는, 후술하는 바와 같이 상기 소금물 공급부(340)는 상기 정수탱크(200) 내의 정수된 물의 잔류 염소 농도를 0.1 내지 0.2ppm으로 유지시키도록 상기 정수탱크의 용적에 비례하는 일정량의 전해된 NaCl 수용액을 공급한다.
이와 같이, 소금물 저장용기(310), 전해부(330), 소금물 공급부(340) 등으로 이루어지는 정수살균장치(300)를 상기 정수탱크(200)와 분리하고 상기 정수살균장치(300)의 NaCl 수용액의 전기분해반응을 통해 정수탱크(200)에 일정한 양의 ClO- 이온을 공급함으로써, 상기 정수탱크(200)에 존재하는 각종 세균을 보다 효율적으로 제거할 수 있다는 이점이 있다.
더욱이, 상기 정수탱크(200)에 용량에 비례한 일정한 양의 ClO- 이온을 공급함으로써 취수시마다 물맛의 변화가 생기지 않는 양질의 정수를 제공할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기 전해부(330)의 전극들이 원료수 또는 정수의 영향을 받지 않고 순수한 NaCl 수용액을 사용하여 전기분해하는 것이 가능하게 되어, 전극의 스케일이 현저히 감소하여 전극의 수명을 길게 할 뿐만 아니라 일정한 전극 성능의 유지를 통해 일정한 살균능력을 지속적으로 유지할 수 있다는 이점이 있다.
도 3(a)에 도시된 소금물 저장용기(310)의 경우에는 도 3(b)에서와 같이, NaCl 수용액이 상기 전해부(330)로 공급됨에 따라 상기 커버(312)가 상기 몸체(311)의 내면을 따라 압력차에 의해 하방(중력방향)으로 이동하게 된다.
한편, 양극전극(332)와 음극전극(333)의 반응에 의하여 발생한 기체는 상기 소금물 저장용기(310)로 이동하게 되어, 도 3(b)에서와 같이 소금물 저장용기(310)에 저장된 NaCl 수용액(315)의 상부에 위치하게 된다.
이때, 기체는 압축성 유체이므로 상기 소금물 공급부(340)를 구동할 때 흡입력 저하의 원인이 되어, 상기 소금물 공급부(340) 및 상기 전해부(330)의 효율적인 작동을 저해할 수 있다.
따라서, 상기 소금물 저장용기(310)는 도 3(c)에서와 같이, 전기분해 반응에 의해 생성된 기체(315a)를 배출하는 배출구(316) 및 상기 배출구(316)를 선택적으로 덮거나 개방하는 덮개(318)를 구비할 수도 있다.
이때, 상기 덮개(318)는 일측이 고정되고 타측이 개폐가능한 힌지 형태로 구성되며, 바람직하게는 필름 형태의 박막으로 이루어져 상기 소금물 저장용기(310) 내의 기체(315a)에 압력이 높아질 때 기체(315a)가 상기 덮개(318)를 밀어 내고 상기 배출구(316)를 통하여 배출되도록 할 수 있다.
또한, 상기 소금물 저장용기(310) 내의 기체(315a)의 압력이 낮아지면 자중 또는 압력차에 의해 상기 배출구(316)를 덮게 된다. 한편 상기 덮개(318)는 상기 커버(312)의 상부에 함몰형성된 단부(317)에 위치시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 정수살균장치(300) 및 이를 구비하는 정수기는 사용자 가 정수된 물을 취수할 때 및/또는 일정시간마다 상기 소금물 공급부(340)를 통하여 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크에 공급하도록 상기 전해부(330)와 상기 소금물 공급부(340)의 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.
즉, 상기 제어부(미도시)는 사용자가 정수된 물을 취수할 때마다 상기 전해부(330) 및 상기 소금물 공급부(340)를 가동시켜 ClO- 이온 등의 살균물질을 상기 정수탱크(200)에 공급하도록 할 수 있으며, 일정시간 동안 사용자가 취수하지 않는 경우에는 자동으로 상기 소금물 공급부(340)를 가동시켜 적절한 살균능력을 유지하도록 할 수 있다.
이때, 후술하는 바와 같이, 상기 정수탱크(200)의 용량에 비례하도록 상기 소금물 공급부(340)의 1회 작동시 토출량을 설계할 수 있으며, 상기 소금물 공급부(340)는 ClO- 이온 등의 살균물질이 포함된 일정량의 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크(200)에 공급하게 된다.
다음의 표 1은 5% NaCl 수용액에 대해 전원공급부(360)에서 인가되는 전압의 크기 및 전해부(330)의 가동시간에 따른 전해부(330) 내의 잔류염소농도를 측정한 값이며, 도 5(a)는 표 1의 값을 그래프로 도시한 것이다.
다음의 표 1 및 표 2에서 잔류염소농도의 측정은 HACH Method(Method 8167)를 이용하여 측정하였으며, 전해부(330)에서 전기분해되는 NaCl 수용액의 양은 1.5ml이고, 직경 1cm, 높이 2.1cm인 원통형상의 전해조(331) 내부에 직경 2mm의 양 극전극(332)과 음극전극(333)을 4mm 간격을 두고 배치된 도4(a)의 봉 타입의 전해장치를 이용하여 측정하였다.
10초 20초 30초
6볼트 1230ppm 2500ppm 3000ppm
9볼트 2100ppm 5000ppm 7000ppm
12볼트 4000ppm 7800ppm 8800ppm
다음의 표 2는 전원공급부(360)로부터 전해부(330)에 인가되는 전압을 12볼트로 하였을 때, NaCl 수용액의 %농도 및 전해부(330)의 가동시간에 따른 전해부(330) 내의 잔류염소농도를 측정한 값이며, 도 5(b)는 표 2의 값을 그래프로 도시한 것이다.
10초 20초 30초
3% NaCl 수용액 1900rpm 4100rpm 5000rpm
5% NaCl 수용액 4000rpm 7800rpm 8800rpm
이와 같이, 전해부(330)의 가동시간 및 인가되는 전압의 크기, NaCl 수용액의 농도 등에 따라 전해부(330) 내부의 잔류염소농도가 변화함을 알 수 있으며, 이러한 잔류염소농도의 값은 전해부(330)의 구조, 인가되는 전류의 크기 등에 따라 변화시킬 수 있으므로, 사양에 맞는 다양한 형태의 전해부(330)를 형성할 수 있을 것이다.
한편, 상기의 결과를 이용하면, 상기 소금물 공급부(340)에서 상기 정수탱크 (200)에 공급되는 전해된 NaCl 수용액의 양(dosing량)에 대한 일 실시예로서 다음과 같은 방법이 가능하다.
즉, 최적의 살균 효과 및 물맛 유지를 위하여 상기 정수탱크(200) 내의 잔류염소농도를 0.1~0.2ppm으로 유지시키는 것이 바람직하며, 이를 위하여 상기 소금물 공급부(340)의 1회 공급량(단위:마이크로 리터) 및 정수탱크 용량(단위:리터)에 따른 전해부(330)의 잔류염소농도는 다음의 표 3과 같다.
정수탱크 용량
6 리터 10 리터 20 리터
소금물 공급부의 1회 공급량 (dosing량) 100μl 6000~12000ppm 10000~20000ppm 20000~40000ppm
200μl 3000~6000ppm 5000~10000ppm 10000~20000ppm
300μl 2000~4000ppm 3330~6660ppm 6660~13300ppm
일 예로서, 상기 전해부에서 1.5ml의 5% NaCl 수용액을 12볼트로 20초간 전기분해하는 경우에 상기 전해부의 잔류염소농도는 7800ppm이 되므로 10리터의 정수탱크에 200μl씩 공급하면 상기 정수탱크의 잔류염소농도는 0.1~0.2ppm이 되어 최적의 살균 효과 및 물맛 유지가 가능하게 될 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 정수탱크 외부에 정수살균장치를 구비하고 상기 정수살균장치의 NaCl 수용액의 전기분해반응을 통해 정수탱크에 일정한 양의 ClO- 이온을 공급함으로써, 정수탱크에 존재하는 각종 세균을 보다 효율적으로 제거 할 수 있다는 유리한 효과가 있게 된다.
또한, 정수탱크에 용량에 비례한 일정한 양의 ClO- 이온을 공급함으로써 취수시마다 물맛의 변화가 생기지 않는 양질의 정수를 제공할 수 있다는 유리한 효과가 있다.
더 나아가, 본 발명에 의하면 정수탱크 외부에 정수살균장치를 구비하고 순수한 NaCl 수용액을 전기분해함으로써, 전극의 스케일이 현저히 감소하여 전극의 수명을 증가시킬 뿐만 아니라 일정한 전극 성능의 유지를 통해 일정한 살균능력을 지속적으로 유지할 수 있다는 유리한 효과가 있게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (16)

  1. 공급된 물을 여과하는 필터부;
    상기 필터부에서 정수된 물을 저장하는 정수탱크;
    일정 농도의 NaCl 수용액을 저장하는 소금물 저장용기;
    상기 소금물 저장용기로부터 공급된 NaCl 수용액을 전기분해하여 살균물질을 생성하도록 양극전극과 음극전극을 구비하는 전해부;
    상기 전해부로부터 공급된 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크에 일정한 양만큼 토출하는 소금물 공급부; 및
    상기 전해부의 구동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부;
    를 포함하는 정수살균장치를 구비하는 정수기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소금물 저장용기는 하부가 개방되고 상부에 좁은 배출구가 형성된 중공형 몸체, 상기 몸체의 내면에 상기 몸체의 하부를 막도록 장착되며 상기 몸체의 내면을 따라 상하 방향으로 이동가능하도록 배치된 커버 및 상기 커버와 상기 몸체의 내면을 밀폐하는 밀폐부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 정수살균장치를 구비하는 정수기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 소금물 저장용기는 전기분해 반응에 의해 생성된 기체를 배출하는 배출구 및 상기 배출구를 선택적으로 덮거나 개방하는 덮개를 구비하는 것을 특징으로 하는 정수살균장치를 구비하는 정수기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전원공급부는 상기 소금물 공급부의 구동에 필요한 전원을 공급하며,
    상기 소금물 공급부는 밸브의 개폐에 따라 일정량의 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크에 공급하도록 솔레노이드 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정수살균장치를 구비하는 정수기.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 소금물 공급부는 상기 정수탱크 내의 정수의 잔류 염소 농도를 0.1 내지 0.2ppm으로 유지시키도록 상기 정수탱크의 용적에 비례하는 일정량의 전해된 NaCl 수용액을 공급하는 것을 특징으로 하는 정수살균장치를 구비하는 정수기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전해부에서 전해된 NaCl 수용액이 상기 소금물 저장용기로 역류하는 것을 방지하도록 상기 소금물 저장용기와 상기 전해부를 연결하는 역류방지밸브;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정수살균장치를 구비하는 정수기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전해부의 양극전극과 음극전극은 일정 간격을 두고 설치된 봉으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정수살균장치를 구비하는 정수기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전해부의 양극전극과 음극전극은 일정 간격을 두고 설치된 박판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정수살균장치를 구비하는 정수기.
  9. 제1항, 제7항, 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해부의 전극들은 티타늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정수살균장치를 구비하는 정수기.
  10. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    사용자가 정수된 물을 취수할 때 또는 일정시간마다 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크에 공급하도록 상기 전해부와 상기 소금물 공급부의 구동을 제어하는 제어부;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정수살균장치를 구비하는 정수기.
  11. 일정 농도의 NaCl 수용액을 저장하는 소금물 저장용기;
    상기 소금물 저장용기로부터 공급된 NaCl 수용액을 전기분해하여 살균물질을 생성하도록 양극전극과 음극전극을 구비하는 전해부;
    상기 전해부로부터 공급된 전해된 NaCl 수용액을 정수된 물을 저장하는 정수탱크에 일정한 양만큼 토출하는 소금물 공급부; 및
    상기 전해부의 구동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부;
    를 포함하는 정수살균장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소금물 저장용기는 하부가 개방되고 상부에 좁은 배출구가 형성된 중공형 몸체, 상기 몸체의 내면에 상기 몸체의 하부를 막도록 장착되며 상기 몸체의 내면을 따라 상하 방향으로 이동가능하도록 배치된 커버 및 상기 커버와 상기 몸체의 내면을 밀폐하는 밀폐부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 정수살균장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 소금물 저장용기는 전기분해 반응에 의해 생성된 기체를 배출하는 배출구 및 상기 배출구를 선택적으로 덮거나 개방하는 덮개를 구비하는 것을 특징으로 하는 정수살균장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 소금물 공급부는 밸브의 개폐에 따라 일정량의 전해된 NaCl 수용액을 상기 정수탱크에 공급하도록 솔레노이드 밸브로 이루어지며,
    상기 전원공급부는 상기 솔레노이드 밸브의 구동에 필요한 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 정수살균장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 전해부에서 전해된 NaCl 수용액이 상기 소금물 저장용기로 역류하는 것을 방지하도록 상기 소금물 저장용기와 상기 전해부를 연결하는 역류방지밸브;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정수살균장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 전해부의 양극전극과 음극전극은 일정 간격을 두고 설치된 티타늄 봉으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정수살균장치.
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