KR20100021302A - 연수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온교환수지 재생구조가 개선된 연수기에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은, 이온교환막을 사용하지 않으면서도 전극을 이용하여 이온교환수지를 재생시킬 수 있는, 연수기를 제공하는 것이다. 이를 위해, 본 발명은, 연수기에 있어서, 상기 연수기의 외관을 형성하는 하우징; 원수가 유입될 수 있도록 상기 하우징에 형성된 원수유입구; 상기 원수유입구와 연결되어 있는 하우징 내부에 구비되어 있으며 이온교환수지를 충진하고 있는 이온교환수지부; 상기 하우징의 일측에 구비되어 있으며 제1전극이 인가되는 제1전극부; 상기 하우징의 또 다른 일측에 구비되어 있으며 제2전극이 인가되는 제2전극부; 및 상기 이온교환수지부에서 생성된 연수 또는 이온과 원수가 혼합된 농축액이 출수될 수 있도록 상기 하우징에 형성된 출수구를 포함한다.

연수기, 이온교환수지, 재생, 전극

Description

연수기 {A Soft Water Apparatus}

본 발명은 연수기에 관한 것으로서, 특히, 이온교환수지 재생구조가 개선된 연수기에 관한 것이다.

일반적으로 수돗물과 같은 경수에는 정화과정에서 사용된 다량의 염소성분이 포함되어 있으며, 노후된 관 및 수질오염 등으로 인해 인체에 해로운 철, 아연, 납, 수은 등 각종 중금속도 함유되어 있다. 이와 같은 수돗물은 인체에 치명적이지는 않지만 피부를 세척할 때 그대로 사용하게 되면 물속에 포함된 금속이온과 비누의 지방산이 결합하여 금속성 이물질을 만들게 되고, 이러한 금속성 이물질이 피부에 접촉하여 각종 피부질환을 일으키거나 피부의 노화를 촉진시키게 된다.

이를 방지하기 위해, 수돗물을 나트륨이온(Na⁺)이 포함된 강산성 양이온교환수지에 통과시켜, 수돗물의 칼슘이온(Ca^{2 +})과 마그네슘이온(Mg^{2 +}) 등의 경도 성분을 이온교환수지 중의 나트륨이온과 교환시켜 줌으로써, 경수를 연수로 만드는 연수기 가 개발되어 이용되고 있다. 한편, 수돗물의 질소나 불소, 염소이온이나 황산이온 등의 음이온을 제거하기 위해서는 음이온교환수지를 사용한다.

따라서, 연수기는 이온교환수지가 내장된 컬럼(연수통)을 필수적인 구성요소로 포함한다.

한편, 연수기는 컬럼 내에 미세한 알갱이 형상의 이온교환수지가 대량으로 저장되어 있는 상태에서, 수돗물을 컬럼 내로 계속 통과시켜 이온교환수지와 접촉시킴으로써 연수를 만들어내게 되는데, 이온교환수지는 수돗물과의 계속적인 접촉에 의해 교환이온성분이 치환되어 감소하게 된다. 따라서, 컬럼은 지속적으로 사용되기 위해 부족한 이온을 보충하는 재생작업이 주기적으로 필요하다.

종래의 일반적인 재생작업은 이온교환수지 재생물질이 들어있는 재생통을 이용한다.

그러나, 재생통을 이용한 이온교환수지 재생작업은, 재생작업이 필요할 때마다 별도의 재생통을 연수기에 설치해야 하며, 재생작업 중에도 소금 등 이온교환수지 재생물질이 부족하면 다시 채워야하는 등의 불편한 문제점이 있었다.

한편, 상기와 같은 재생통의 불편함을 해결하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같은 이온교환막과 전극을 이용하여 이온교환수지를 재생시킬 수 있는 연수기가 개발되어 이용되고 있다.

도 1은 종래의 이온교환막을 이용한 연수기의 내부 구성도이다.

종래의 연수기는 도 1에 도시된 바와 같이, 중공(中空) 형상의 하우징(40), 원수가 유입될 수 있도록 하우징의 상단에 형성된 원수유입구(10), 원수유입구와 연결되어 있는 하우징 내부에 구비되어 있으며 이온교환수지를 충진하고 있는 이온교환수지부(60), 이온교환수지부의 일측면에 구비되어 있는 제1이온교환막(81), 이온교환수지부의 또 다른 일측면에 구비되어 있는 제2이온교환막(82), 제1이온교환막과 마주보도록 하우징의 내측면에 구비되어 있으며 +전극이 인가되는 제1전극부(51), 제2이온교환막과 마주보도록 하우징의 내측면에 구비되어 있으며 -전극이 인가되는 제2전극부(52), 제1이온교환막과 제1전극부에 의해 형성된 중공(中空)으로서 제1이온교환막을 통해 이온교환수지부로부터 배출된 이온들을 배출하기 위한 제1이온배출부(71), 제2이온교환막과 제2전극부에 의해 형성된 중공으로서 제2이온교환막을 통해 이온교환수지부로부터 배출된 이온들을 배출하기 위한 제2이온배출부(72), 이온교환수지부에서 생성된 연수가 출수될 수 있도록 하우징의 하단에 형성된 연수출수구(20), 제1이온배출부에서 이온과 원수가 혼합된 농축액이 출수되도록 하우징의 하단에 형성된 제1농축액출수구(31), 제2이온배출부에서 이온과 원수가 혼합된 농축액이 출수되도록 하우징의 하단에 형성된 제2농축액출수구(32) 및 원수유입구와 연수출수구와 농축액출수구에 각각 구비되는 밸브(90)를 포함하여 구성되어 있다.

즉, 종래의 연수기는 이온교환수지부에서 경도성분의 이온들(Ca^{2 +}, Mg^{2 +}, Cl^-, SO₄ ^2-)만을 제거하기 위하여 이온교환막을 이용하고 있으며, 이온교환막을 통해 제거된 이온들을 외부로 출수시키기 위하여 이온배출부 및 농축액출수구를 구비하고 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 연수기는 고가의 이온교환막(81, 82)을 사용하고 있기 때문에 고가의 제작비용이 요구된다는 문제점을 가지고 있다.

또한, 종래의 연수기는 이온배출부 및 농축액출수구 등의 형성을 위한 복잡한 제작과정이 요구된다는 문제점을 가지고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 이온교환막을 사용하지 않으면서도 전극을 이용하여 이온교환수지를 재생시킬 수 있는, 연수기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연수기에 있어서, 상기 연수기의 외관을 형성하는 하우징; 원수가 유입될 수 있도록 상기 하우징에 형성된 원수유입구; 상기 원수유입구와 연결되어 있는 하우징 내부에 구비되어 있으며 이온교환수지를 충진하고 있는 이온교환수지부; 상기 하우징의 일측에 구비되어 있으며 제1전극이 인가되는 제1전극부; 상기 하우징의 또 다른 일측에 구비되어 있으며 제2전극이 인가되는 제2전극부; 및 상기 이온교환수지부에서 생성된 연수 또는 이온과 원수가 혼합된 농축액이 출수될 수 있도록 상기 하우징에 형성된 출수구를 포함한다.

본 발명은 이온교환막을 사용하지 않으면서도 전극을 이용하여 이온교환수지를 재생시킴으로써, 연수기의 제조비용을 절감시킬 수 있다는 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 이온교환막을 사용하지 않기 때문에 이온배출부 및 농축액출수구 등을 요구하지 않음으로, 제작과정 및 제조비용을 절감시킬 수 있다는 우수 한 효과가 있다.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연수기가 상세히 설명된다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 연수기의 구성도로서, 도 2는 연수과정 시의 원수의 흐름을 나타낸 예시도이며, 도 3은 재생과정 시의 원수의 흐름을 나타낸 예시도이다.

본 발명에 따른 연수기는, 도 2에 도시된 바와 같이, 중공(中空) 형상의 하우징(140), 원수가 유입될 수 있도록 하우징의 형성된 원수유입구(110), 원수유입구와 연결되어 있는 하우징 내부에 구비되어 있으며 이온교환수지를 충진하고 있는 이온교환수지부(160), 하우징의 일측면에 구비되어 있으며 +전극이 인가되는 제1전극부(151), 하우징의 또 다른 일측면에 구비되어 있으며 -전극이 인가되는 제2전극부(152), 이온교환수지부에서 생성된 연수 또는 이온과 원수가 혼합된 농축액이 출수될 수 있도록 형성된 출수구(120), 원수유입구와 출수구에 각각 구비되는 밸브(190) 및 밸브와 전극부들의 기능을 제어하기 위한 제어부(180)를 포함하여 구성되어 있다.

원수유입구(110)는 연수기 외부의 원수공급장치로부터 원수가 유입되는 통로이다.

출수구(120)는 연수기 내부의 이온교환수지들에 의해 원수가 변화된 연수 또는 이온교환수지 재생과정에서 유입된 원수와 이온교환수지로부터 분리된 이온들이 혼합된 농축액이 배출되는 통로이다.

밸브(190)는 원수유입구와 출수구에 형성되어 원수유입구와 출수구를 개폐시키는 기능을 수행하는 것으로서, 제어부에 의해 구동된다. 그러나, 출수구에는 밸브가 구비되지 않을 수도 있다.

하우징(140)은 원수유입구 및 출수구가 연결되어 있는 중공의 형상으로 구성된다. 하우징의 외형은 원통형뿐만 아니라 다양한 형상, 예를 들어, 사각형으로 구성될 수도 있다.

이온교환수지부(160)는 원수유입구가 연결되어 있는 하우징의 내부에 구비되어 있는 것으로서 이온교환수지가 충진되어 있는 공간을 말한다. 이온교환수지부는 원수유입구로 유입된 원수에서 칼슘이온(Ca^{2 +}), 마그네슘이온(Mg^{2 +}), 염소이온(Cl^-), 황산이온(SO₄ ^{2 -}) 등과 같은 경도성분의 이온을 제거하는 기능을 수행한다.

제1전극부(151)는 이온교환수지부에 충진되어 있는 이온교환수지를 재생시키기 위한 것으로서, 이온수지 재생과정에서 +전극이 인가된다. 즉, 제1전극부는 이온교환수지에 붙잡혀 있는 경도성분의 이온들 중, 예를 들어, 염소이온(Cl^-), 황산이온(SO₄ ^2-)들과 같은 음이온들을 이온교환수지부로부터 분리시키는 기능을 수행한다. 이러한 기능은 제1전극부에 의해서도 동시에 수행될 수 있다.

제2전극부(152)는 이온교환수지부에 충진되어 있는 이온교환수지를 재생시키기 위한 것으로서, 제1전극부와 마주보도록 구성되어 있으며, 이온수지 재생과정에서 -전극이 인가된다. 즉, 제2전극부는 이온교환수지에 붙잡혀 있는 경도성분의 이온들 중, 예를 들어, 칼슘이온, 마그네슘이온들과 같은 양이온들을 이온교환수지부로부터 분리시키는 기능을 수행한다. 이러한 기능은 제2전극부에 의해서도 동시에 수행될 수 있다.

제어부(180)는 밸브의 개폐 및 제1전극부와 제2전극부에 전원을 인가하는 기능을 수행한다. 즉, 제어부는 미도시된 입력부를 통해 연수과정 또는 재생과정 실행 요청이 입력되면, 밸브를 개폐시키는 기능을 수행하는 한편, 재생과정 실행 요청이 입력되면, 제1전극부와 제2전극부에 전원을 인가시키는 기능을 수행한다. 즉, 제1전극부와 제2전극부에 인가되는 전극의 종류 및 주기는 제어부에 의해 다양하게 변경될 수 있다. 한편, 제어부는 연수기 내부, 즉, 이온교환수지부의 전압 및 전류를 측정하여, 연수기 내의 저항으로 재생시기와 재생 완료시점을 자동적으로 감지할 수도 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 연수기의 연수과정 시의 원수의 흐름을 도 2를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

연수기가 정상적인 연수기능을 수행하는 경우, 원수유입구에 구비된 밸브(190)가 개방됨에 따라, 원수는 원수유입구(110)를 통해 이온교환수지부로 유입된다. 출수구에도 밸브가 구비되어 있는 경우에는 출수구의 밸브도 개방된다.

이온교환수지부에서 경도성분이 감소된 원수는 출수구(120) 통해 연수기 외 부로 배출된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 연수기의 재생과정 시의 원수의 흐름을 도 3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

연수기가 재생과정을 수행하는 경우, 원수유입구에 구비된 밸브(190)가 개방됨에 따라, 원수는 원수유입구(110)를 통해 이온교환수지부로 유입된다. 출수구에도 밸브가 구비되어 있는 경우에는 출수구의 밸브도 개방된다. 이때, 제1전극부와 제2전극부에는 각각 +전극 및 -전극이 인가된다.

제1 및 제2전극부에 전극이 인가된 상태에서, 이온교환수지부로 원수가 유입되면, 이온교환수지에 붙잡혀 있던 음이온의 경도성분들(Cl^-, HCO^-, SO₄ ^{2 -} 등)은 제1전극부의 +전극에 이끌려 이온교환수지부로부터 분리되며, 이온교환수지에 붙잡혀 있던 양이온의 경도성분들(Ca^{2 +}, Mg^{2 +} 등)은, 제2전극부의 -전극에 이끌려 이온교환수지부로부터 분리된다.

상기 과정에 따라 분리된 음이온 또는 양이온의 경도성분들은 원수유입구로부터 유입된 원수의 흐름에 따라 원수와 혼합되어 하우징에 형성된 토출구를 통해 하우징 외부로 배출된다.

한편, 본 발명은 제1전극부 및 제2전극부에 인가되는 전원을 다양하게 설정함으로써, 이온교환수지에 대한 재생효율을 증대시킬 수 있다.

우선, 제어부는 제1전극부와 제2전극부에 서로 다른 극성의 전극을 인가시킬 수도 있다. 즉, 상기한 바와 같이 음이온 및 양이온의 경도성분들이 모두 이온교환 수지에 붙잡혀 있는 경우, 제어부는 제1전극부와 제2전극부에 서로 다른 극성을 인가시킴으로써, 음이온 및 양이온의 경도성분들을 모두 제거시킬 수 있다.

또한, 제어부는 제1전극부와 제2전극부에 교류를 인가시킴으로써, 음이온 또는 양이온의 경도성분들이 제1전극부와 제2전극부에 붙잡히는 경우의 수를 줄일 수 있다. 즉, 제1전극부(제2전극부)에 +전극(-전극)이 고정적으로 인가된다면, 이온교환수지로부터 분리된 음이온(양이온)들 중 원수와 함께 출수구로 배출되지 못하고 제1전극부(제2전극부)에 붙잡히는 음이온(양이온)들이 존재할 수 있다. 따라서, 본 발명은 제어부를 통해 제1전극부와 제2전극부에 교류를 인가시키거나 또는 주기적으로 전류인가 방향을 역전킴으로써, 외부로 배출되지 못하고 제1전극부 또는 제2전극부에 붙잡히는 음이온 또는 양이온에 의한 이온교환수지의 재생효율 감소를 줄일 수 있다는 특징을 가지고 있다. 이때, 교류의 변환주기 또는 전류의 역전주기는 다양한 값으로 설정될 수 있다.

또한, 제어부는, 연수기의 제조과정에서 각종 테스트를 통해 수집된, 전극의 세기 및 전극 인가시간과 이온교환수지의 재생효율 등에 대한 정보를 데이터베이스로 활용하여, 연수기에 가해지는 전극의 세기, 전극 인가시간 등을 자동적으로 조절할 수도 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 연수기의 또 다른 다양한 구성도로서, 특히, 단면의 구성을 나타낸 것이다. 한편, 도 4 내지 도 6에 도시된 본 발명에 따른 연수기의 기본적인 구성 및 기능은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 본 발명에 따른 연수기의 구성 및 기능과 동일한 것임으로 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.

먼저, 도 4에 도시된 본 발명에 따른 연수기는, 원형의 하우징(140)으로 구성된 것으로서, 하우징의 내부면에는 제1전극부(151)가 하우징의 형상을 따라 판형으로 배치되어 있으며, 하우징의 중심부에는 원기둥 형상의 제2전극부(152)가 형성되어 있다.

다음으로, 도 5에 도시된 본 발명에 따른 연수기는, 도 4에 도시된 연수기와 마찬가지로 원형의 하우징(140)으로 구성되어 있으나, 제1전극부(151)와 제2전극부(152)가 판형상으로 서로 마주보고 있다는 특징을 가지고 있다. 한편, 도 5에 도시된 본 발명에 따른 연수기는, 제1전극부가 두 개 구비될 수 있다는 특징을 가지고 있다. 즉, 도 5에 도시된 본 발명에 따른 연수기는, 제2전극부(152)가 두 개의 제1전극부(151) 사이에 삽입된 형태로 구성될 수도 있다.

다음으로, 도 6에 도시된 본 발명에 따른 연수기는, 하우징(140)이 사각형으로 구성되어 있다는 특징을 가지고 있다. 한편, 제1전극부(151) 및 제2전극부(152)는 도 6에 도시된 바와 같이, 사각형의 네 개의 면 중 마주보는 면에 각각 배치될 수 있으며, 나머지 두 개의 마주보는 면에도 제1전극부 및 제2전극부가 각각 배치될 수 있다. 이때, 나머지 두 개의 마주보는 면 중 적어도 어느 하나에는 역전 효율을 증대시키기 위하여 또 다른 전극을 갖는 전극부가 배치될 수도 있다.

즉, 도 4 내지 도 6에 도시된 본 발명에 따른 연수기는, 제1전극부(151)와 제2전극부(152)에 전극이 인가된 상태에서, 이온교환수지부(160)로 원수가 유입되면, 이온교환수지에 붙잡혀 있던 음이온의 경도성분들(Cl^-, HCO^-, SO₄ ^{2 -} 등)은 제1전 극부의 +전극에 이끌려 이온교환수지부로부터 분리되며, 이온교환수지에 붙잡혀 있던 양이온의 경도성분들(Ca^{2 +}, Mg^{2 +} 등)은, 제2전극부의 -전극에 이끌려 이온교환수지부로부터 분리된 후 출수구를 통해 출수된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 이온교환막을 이용한 연수기의 내부 구성도.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 연수기의 구성도.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 연수기의 또 다른 다양한 구성도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

110 : 원수유입구 140 : 하우징

151 : 제1전극부 152 : 제2전극부

160 : 이온교환수지부 180 : 제어부

190 : 밸브

Claims (9)

1. 연수기에 있어서,

   상기 연수기의 외관을 형성하는 하우징;

   원수가 유입될 수 있도록 상기 하우징에 형성된 원수유입구;

   상기 원수유입구와 연결되어 있는 하우징 내부에 구비되어 있으며 이온교환수지를 충진하고 있는 이온교환수지부;

   상기 하우징의 일측에 구비되어 있으며 제1전극이 인가되는 제1전극부;

   상기 하우징의 또 다른 일측에 구비되어 있으며 제2전극이 인가되는 제2전극부; 및

   상기 이온교환수지부에서 생성된 연수 또는 이온과 원수가 혼합된 농축액이 출수될 수 있도록 상기 하우징에 형성된 출수구를 포함하는 연수기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1전극부와 제2전극부에는 서로 다른 극성의 직류 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 연수기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1전극부와 제2전극부에는 직류전압의 전류방향이 주기적으로 역전되어 인가되는 것을 특징으로 하는 연수기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1전극부와 제2전극부에는 교류전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 연수기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징이 사각형으로 구성된 경우, 역전 효율을 증대시키기 위해, 상기 제1전극부 및 제2전극부 이외에 또 다른 전극부가 적어도 하나 이상 더 포함되는 것을 특징으로 하는 연수기
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징이 중공사형으로 구성된 경우, 상기 제1전극부는 상기 하우징의 형상을 따라 판형으로 배치되어 있으며, 상기 하우징의 중심부에는 원기둥 형상의 제2전극부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연수기.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징이 중공사형으로 구성된 경우, 상기 제1전극부와 상기 제2전극부가 상기 하우징의 내부에서 판형상으로 서로 마주보고 있는 것을 특징으로 하는 연수기.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제1전극부와 상기 제2전극부가 두 개 이상 배치되는 것을 특징으로 하는 연수기.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 이온교환수지부 내의 전압 및 전류를 측정하여 산출된 저항값을 이용하여, 상기 이온교환수지부의 재생시기와 재생완료시점을 판단하는 제어부를 더 포함하는 연수기.

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