KR20070047278A - 액체 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체에서 오염 물질을 제거하는 것을 목적으로 하는 액체 정화장치에 관한 것으로, 액체 정화장치(1)는 용기(2)를 포함하며, 상기 용기(2)는 하부챔버(8)과 상부챔버(9)을 구비하고 있고, 상기 하부챔버(8)은 하부챔버(8) 내의 액체를 가열하기 위한 가열부재(10)와 연결되어 있다. 또한 상기 용기(2)는 수직도관(13)과 액체 확산부재(14)를 더 포함하는데, 상기 수직도관(13)은 가열된 액체를 상기 하부챔버(8)에서 상기 상부챔버(9)의 윗부분으로 이동시키며, 상기 액체 확산부재(14)는 액체가 외부 공기에 노출되는 면적을 넓혀주는 역할을 하고, 액체는 그 후 중력에 의하여 수직도관(13) 외부로 다시 떨어져서, 용기(2)의 상부챔버(9)의 하부에 모이게 되는데, 상기 상부챔버(9)과 하부챔버(8)은 상부챔버(9)에서 하부챔버(8)로 액체를 이동시키기 위하여, 제한적이라 하더라도 최소한 액체 교환통로가 마련되어 있다. 본 발명에 따르면, 가열부재(10)는 최소한 2단계의 출력을 나타낼 수 있으며 변환부재는 가열부재(10)의 출력을 자동적으로 감소시킬 수 있다.

정화, 정화장치, 정수기, 액체 정화장치

Description

액체 정화장치 {LIQUID CLEANING DEVICE}

본 발명은 액체에서 오염 물질을 제거하기 위한 액체 정화장치에 관한 것으로, 상기 장치는 용기를 포함하며, 용기는 상부챔버과 하부챔버을 가지는데, 하부챔버는 하부챔버 내의 액체에 열을 가하는 가열부재와 연결되어 있고, 또한 수직도관과 액체 확산부재를 가지는데, 상기 수직도관은 상기 하부챔버로부터 상기 상부챔버의 윗부분으로 액체를 이동시키는 역할을 하며, 액체 확산부재는 가열된 액체가 외부 공기에 노출되는 면적을 넓혀주는 역할을 하고, 액체는 그 후 중력에 의해 수직도관의 외부로 다시 떨어지게 되어, 상부챔버의 하부로 모이게 되며, 상기 상부챔버과 하부챔버는 상부챔버에서 하부챔버로 액체를 이동시키기 위하여, 제한적이라 하더라도 최소한 액체 교환통로가 마련되어 있다.

본 발명과 관련된 문제점은 다음과 같다. 거의 모든 대도시에서 수돗물은 대형 설비에서 생산되어 파이프 시스템을 통하여 소비자에게 전달된다. 급수 과정 중의 오염을 방지하기 위해, 상기 설비에서 일정량의 염소가 첨가되어 급수된다.

첨가된 염소의 일부분은 이동 중에 소모되지만 나머지는 수돗물에 잔류하여 소비자에게 도달한다. 염소를 첨가하는 목적은 파이프 내에 잠재적 위험성을 가진 유기성 이물질과 유기체를 분해하기 위해서이다. 이 분해 과정에서 클로로포름과 브로모포름과 같은 염소화 탄화수소가 생성된다. 따라서 이들 역시 소비자에게 전달되는 수돗물 내에 포함되게 된다.

염소나 염소화 탄화수소는 적은 복용량으로도 돌연변이를 유발할 수 있다. 그러므로 이 물질들을 가능한 최대한 제거하는 것이 유리하다.

현재까지 공공 급수파이프나 개인 우물의 물을 정화하기 위하여 다양한 필터가 상용화되어 있다. 그러나 세밀한 그물망 형식의 기존 필터로는 염소나 염소화 탄화수소와 같은 휘발성 물질을 제거하지 못한다. 이온교환물질(연화제와 같은)을 포함한 필터 역시 마찬가지이다.

이러한 이유에서 현재는 활성화탄소가 포함된 필터가 많이 이용되고 있다. 활성화 탄소의 단점은 필터 수명이 다한 시점을 알기 어렵고, 예기치 못한 과부하 상태에서 효과가 급격히 감소하며 더욱이 그 결과 박테리아와 파이로젠(pyrogen)의 서식처, 영양공급원 및 발생원이 된다는 것이 밝혀졌다.

그런 까닭에 탄소 필터는 대부분 다른 방안과 함께 사용된다. 이들은 복잡한 기기를 필요로 하는데, 유기체와 거친 입자를 거르는 예비 필터, 박테리아를 죽이기 위한 자외선 램프, 이온을 검출하기 위한 이온 교환기 등이 포함된다. 이러한 장비들을 동원할 경우 상대적으로 가격이 비싸질 뿐만 아니라 예비 필터와 램프, 이온교환기와 활성화탄소가 모두 정확하게 구동할 경우에만 만족스럽게 작동한다는 단점이 있다. 이러한 다단계 필터의 대안으로서 증류와 역삼투를 기반으로 한 장치 가 개발되었다. 그러나 이러한 장치는 진보적임에도 불구하고 완전히 염소와 염소화 탄화수소를 제거하지 못하기 때문에 여전히 활성화 탄소 필터를 필요로 한다. 이 탄소 필터는 다단계 필터에 비해서는 적은 부하를 가지지만 여전히 정기적인 교환을 필요로 하며 과부하에 대한 문제점 역시 남아있다.

박테리아를 죽이고 염소와 염소화 탄화수소를 제거하는 더 간단한 방법은 보일러 또는 개방된 용기에서 물을 끓이는 것이다. 이 방법은 간단하지만 세 가지의 단점을 가지고 있다. 첫 번째는 휘발성 이물질을 제거하는 과정에서 많은 양의 물이 증발하여 소모된다는 것이고, 두 번째는 이로 인하여 물에 남아있는 비휘발성 이물질의 농도가 증가한다는 것이다. 세 번째는 사용자가 언제 만족할만한 결과를 얻었는지 확인할 수 없다는 점이다.

다양한 산업분야에서 액체나 다른 기체 중에서 기체를 분리하거나 기체에서 액체를 분리하기 위한 많은 방법들이 개발되고 있다. 가장 보편적인 방법은 원심분리를 이용하는 것이다. 증기/기체/액체의 혼합물이 원심력을 받으면 액체는 압력을 받아 혼합물에서 분리된다. 비슷한 방법으로 혼합물을 많은 커브를 가진 관을 지나가게 하면 액체는 커브의 여러 형태의 장치에 의해 분리될 수 있다.

또한, 표면적을 넓히는 장치도 사용되는데 이것은 액체/기체/증기 혼합물을 큰 판에 뿌리거나 넓은 평면판, 강모(steel wool) 혹은 플라스틱 공과 같은 넓은 표면적을 가진 물체 위로 흐르게 한다.

혼합물 사이로 공기나 질소와 같은 기체를 주입하는 것도 가능하다. 이 기체들은 혼합물 내의 다른 기체를 밀어내거나 끌어당긴다. 이러한 기술들은 자주 혼용 되어 사용된다.

액체 정화장치에 대한 유사한 선행 기술은 스웨덴 특허 518 388이다. 이 장치에서 액체는 용기의 하부에서 가열부재에 의해 열을 받아 중심의 관형 수직도관을 통해 상승한다. 도관의 상부 말단에서 나온 액체는 중력에 의해 도관 바깥쪽의 용기 상부를 통해 내려가고 일정한 출력과 시간으로 가열과 증발과정이 반복된다.

스웨덴 특허 518 388의 액체정화장치는 효과적이지만 정화 공정을 위한 일정한 에너지 공급 하에서 제품의 액체가 끓는점에 도달했을 경우 액체가 갑작스레 증발하기 시작한다는 단점이 있다. 이것은 목표로 하는 액체순환량을 감소시켜 최종 결과물이 만족스럽게 정화되지 못하게 한다.

본 발명의 목적은 위에서 설명된 문제점을 보완하기 위하여 가열부재의 출력을 조절함으로써 액체의 가열과 가열된 액체의 순환을 액체가 끓는점에 도달할 때까지로 제한하고, 일정한 시간 동안 통제된 출력으로 액체를 순환시켜 최종 결과물에 가능한 최소한의 휘발성 물질이 남도록 만드는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 독립항 1에서 정의된다. 본 발명에 대한 구체적인 내용은 종속항에서 정의된다.

따라서, 본 발명에 따르면 액체에서 오염물질을 제거하는 액체 정화장치가 정의되는데, 이 액체 정화장치는 용기를 포함하며, 용기는 상부챔버과 하부챔버를 가지고, 하부챔버는 상기 하부챔버 내의 액체를 가열하는 가열부재와 연결되어 있으며, 또한 상기 용기는 수직도관과 액체 확산부재를 포함하고, 수직도관은 상기 하부챔버에서 상기 상부챔버의 윗부분으로 가열된 액체를 운반하는 역할을 하며, 액체 확산부재는 가열된 액체가 외부 공기에 노출되는 면적을 증가시키는 역할을 하고, 그 후 액체는 중력에 의해 수직도관의 외부를 통해 흘러내려 상부챔버의 하부에 모이는데, 상기 하부챔버과 상기 상부챔버는 상부챔버에서 하부챔버로 액체를 이동시키기 위한 최소한의 제한적 물질교환이 가능하게 되어 있으며, 여기서 상기 액체 정화장치의 특징은 가열부재는 최소 2단계의 출력으로 조절될 수 있으며 변환부재는 가열부재의 출력을 자동으로 조절할 수 있다는 것이다.

본 발명의 이점은 액체 정화장치의 액체가 끓는점에 도달한 후에도 출력을 조절하여 일정한 시간 동안 액체를 순환시켜 최종 결과물에 매우 적은 양의 휘발성 이물질만 함유되도록 한다는 점이다. 또한 가열부재의 출력을 자동 감소시킴으로써 사용자가 언제 원하는 결과를 얻을 수 있을지 알 수 있게 함과 동시에 장치를 지켜보면서 출력을 수동으로 감소시켜야 하는 불편함을 없앴다.

본 발명의 실시예에 의하면 변환부재가 시행하는 가열부재의 출력 조절을 유발하는 것은 액체의 끓음이다. 따라서 액체가 끓는점에 도달하면 출력이 감소 되면서 액체가 순환되므로 정화작업의 속도가 빨라질 뿐만 아니라 작업에 소모되는 에너지 소비가 감소하므로 경제적이다. 또한 길고 통제되지 않는 가열 과정에 비하여 적은 양의 액체만 소비된다. 또 다른 실시예에 의하면 가열부재의 출력감소는 타이머에 의해서도 유발될 수 있다. 타이머를 설정하면 액체 정화장치는 장치의 가동으로부터 일정 시간 후에 자동적으로 출력을 감소시킨다. 타이머는 노브(knob)와 같은 수단에 의해 조절될 수 있다.

추가적인 실시예에 따르면 액체 정화장치는 액체가 끓기 시작한 시점으부터의 시간을 조절할 수 있는 타이머를 포함한다. 타이머는 노브(knob)와 같은 수단으로 설정될 수 있으며 이로써 작업 시간을 쉽고 빠르게 조절할 수 있다. 따라서 간편하게 끓은 후로부터 얼마 동안 작업이 유지되게 할 것인지 결정할 수 있으므로 사용자는 작업을 감독할 필요가 없게 되며 작업이 진행되는 동안 자신이 원하는 일을 할 수 있다.

또 다른 추가적인 실시예에 의하면 변환부재는 가열부재의 출력을 조절하기 위해 바이메탈을 포함할 수 있다. 이를 통해 작업은 액체의 순환 동안의 갑작스런 증발을 최소화하도록 최적화된다. 바이메탈은 각기 다른 온도에 반응하도록 설정될 수 있다.

추가적인 특징과 이점은 나머지 항에서 설명된다.

이하에서는 실시예와 첨부한 개략도를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 액체 정화장치의 용기 부분의 사시도를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 액체 정화장치의 뚜껑 부분의 사시도를 나타낸다.

도 3은 본 발명에 따른 액체 정화장치의 바닥 부분의 사시도를 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 액체 정화장치의 가열부재, 두 개의 가열소재가 서로 연결되어 있는 형태를 위에서 본 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 액체 정화장치의 단면도를 나타낸다.

도 1 내지 도5는 액체로부터 오염물질을 제거하는 본 발명의 액체 정화장치를 구체화한다. 중요한 것은 본 발명이 이 형태의 액체 정화장치에 한정되는 것이 아니라 다양한 액체 정화장치에 적용될 수 있다는 점이다.

도 1은 본 발명에 따른 액체 정화장치(1)의 사시도를 나타낸다. 액체 정화장치(1)는 용기(2)를 포함하는데, 상기 용기(2)는 일반적인 원통형 단지 모양이며 손잡이(3)와 주둥이(4), 뚜껑(5)을 가진다. 손잡이(3)에는 스스로 정화 작업을 시작하고 종료할 수 있도록 시작 버튼(6)과 종료 버튼(7)이 배열되어 있다. 또 상기 용기(2)는 도 5에서 나타내는 바와 같이 하부챔버(8)와 상부챔버(9)을 포함하며 이들은 단열재로 만들어진 덮개(17)로 구분되어 있다. 상기 하부챔버(8) 내의 액체는 가열부재(10)에 의하여 가열되며 이때 가열부재는 위쪽 전기 접촉부(12)를 경유하며 밑판(11)으로부터 전달된 전기에너지를 공급받는다.

또한 액체 정화장치(1)는 수직도관(13)을 포함하는데, 이는 하부챔버(8)와 연결되어 있으며 상부챔버(9)의 위쪽 부분까지 뻗어 있다. 액체가 하부챔버(8)에서 열을 받으면 기체 거품이 생성되고, 이것은 액체가 수직도관(13)을 통해 상부챔버(9)의 위쪽 부분까지 상승하게 한다. 액체는 수직도관(13)의 위쪽 말단(21)을 통 하여 상부챔버(9)의 액체 확산부재(14)로 확산되는데, 이때 액체 확산부재(14)는 도 2에서 보는 바와 같이 액체가 외부 공기에 노출되는 면적을 넓힘으로써 불순물이 기체 형태로 증발하여 주둥이(4)나 용기나 뚜껑(5) 사이의 틈을 통해 빠져나가게 한다.

도시된 예시에서 액체 확산부재(14)는 복수의 구멍을 가진 최소한 하나의 판으로 구성되지만 외부 공기와의 노출면을 증가시키기 위하여 액체 확산부재가 강모나 플라스틱 공을 포함하는 것도 타당하다. 용기(2)의 내면만을 주변 공기와의 노출면으로 이용하는 것도 고려할 수 있다. 그 후 액체는 수직도관(13)의 외부에서 중력으로 인하여 흘러내려 상부챔버(9)의 하부에 모인다.

상부챔버(9)와 하부챔버(8)는 밸브(18)와 같은 최소한의 제한적인 교환을 가지므로 액체는 수직도관(13)에서 압력을 받아 상승하는 것처럼 상부챔버(9)에서 하부챔버(8)로 이동될 수 있다. 밸브(18)는 상부챔버(9)의 하부에서 하부챔버(8)로 액체를 이동시킴과 동시에 하부챔버(8)에서 발생하는 기체 중 수직도관(13)을 통과하지 않은 것을 차단한다. 이것은 기체 기포가 생성될 때에는 밸브(18)에 압력을 가하고, 수직도관(13)으로 빠져나갈 때에는 압력을 감소시켜 하부챔버(8)로 액체가 흘러들어오게 함으로써 가능하다. 이 기술은 스웨덴 특허 명세서 510287 4페이지 단락 6에서 확인할 수 있다.

도 4는 두 개의 가열소재(15),(16)이 서로 연결된 가열부재(10)를 구체화하여 나타낸 것으로 가열부재(10)가 최소한 2단계의 출력을 가짐을 보여준다. 중요한 것은 가열부재(10)를 구성하는 가열소재의 수는 제한되어 있지 않다는 점이다. 따 라서 작업을 위하여 두 개의 가열소재(15),(16)보다 많은 가열소재을 연결하는 것도 가능하다. 갑작스러운 증발과 같은 요인에 의하여 지속적인 액체의 순환이 중지되는 것을 방지하기 위해 변환부재(19)는 가열부재(10)의 출력을 자동으로 조절한다. 이때 변환부재(19)는 액체의 끓음이나 타이머(20)에 의하여 가열부재(10)의 출력이 조절되도록 한다. 상기 변환부재(19)는 용기의 손잡이(3)에 위치하며 바이메탈을 포함하지만 출력 단계의 조절을 안전하게 하기 위해 다른 장치 역시 포함될 수 있다.

원하는 정화 장치의 작동 시간이 얼마 정도이냐에 따라 타이머(22)는 액체가 끓은 후로부터의 시간을 조절하도록 만들어질 수 있다. 작동 시간은 타이머 위의 노브(23)에 의하여 조절된다. 지정된 작동 사간이 끝나면 타이머와 연결된 가열부재는 동작을 정지하고 정화 작업은 종료된다. 도시된 예에서 타이머(22)는 기계적 노브(23)로 구성되어 있으나 디지털 타이머의 장착도 가능하다.

Claims (8)

1. 용기(2)를 포함하며, 용기(2)는 상부챔버(9)과 하부챔버(8)을 포함하고, 하부챔버(8)는 상기 하부챔버(8) 내의 액체를 가열하는 가열부재(10)와 연결되어 있으며, 또한 상기 용기(2)는 수직도관(13)과 액체 확산부재(14)를 포함하고, 수직도관(13)은 상기 하부챔버(8)에서 상기 상부챔버(9)의 윗부분으로 가열된 액체를 운반하는 역할을 하며, 액체 확산부재(14)는 가열된 액체가 외부 공기에 노출되는 면적을 증가시키는 역할을 하고, 그 후 액체는 중력에 의해 수직도관(13)의 외부를 통해 흘러내려 상부챔버(9)의 하부에 모이는데, 상기 하부챔버(8)과 상기 상부챔버(9)는 상부챔버(9)에서 하부챔버(8)로 액체를 이동시키기 위한 최소한의 제한적 물질교환이 가능하게 되어 있으며, 가열부재(10)는 최소 2단계의 출력으로 조절될 수 있으며 변환부재(19)는 가열부재(10)의 출력을 자동으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 액체에서 오염물질을 제거하기 위한 액체 정화장치(1).
2. 제 1항에 있어서, 상기 변환부재(19)는 액체의 끓음에 따라 가열부재(10)의 출력이 자동 감소하도록 설계된 것을 특징으로 하는 액체 정화장치(1).
3. 제 1항에 있어서, 타이머(20)를 포함하며, 상기 타이머(20)에 따라 가열부재(10)의 출력이 감소하도록 설계된 변환부재(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정화장치(1).
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 액체가 끓은 후로부터의 작동 시간을 조절할 수 있는 타이머(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정화장치(1).
5. 제 2항에 있어서, 상기 변환부재(19)는 가열부재(10)의 출력을 감소시키기 위한 바이메탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정화장치(1).
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열부재(10)는 적어도 두개의 가열소재(15,16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 정화장치(1).
7. 제 6항에 있어서, 높은 출력은 모든 가열소재(15, 16)의 기동을 의미하는 것을 특징으로 하는 액체 정화장치(1).
8. 제 1항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 확산부재(14)는 적어도 표면에 복수의 구멍을 가지는 판 하나를 포함하고, 용기(2)의 상부챔버(9)의 위쪽 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 액체 정화장치(1).

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