KR20110048182A - 역삼투 정수기 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 역삼투 정수기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 역삼투 멤브레인 필터(120), 상기 역삼투 멤브레인 필터(120)로 원수를 유입하는 입수관(130), 상기 역삼투 멤브레인 필터(120)로부터 정수수를 취출하는 정수관(140), 상기 역삼투 멤브레인 필터(120)로부터 농축수를 배출하는 배출관(150), 상기 입수관(130)의 수온을 측정하는 온도 센서(132), 상기 입수관(130)에 설치되는 펌프(134), 상기 배출관(150)에 설치되는 배출 밸브(152), 및 상기 온도 센서(132)에서 측정된 수온에 따라 상기 펌프(134)의 출력과 상기 배출 밸브(152)의 개도를 조절하는 제어부를 포함하는 역삼투 정수기를 제공한다.
본 발명에 따르면, 역삼투 멤브레인 필터의 입수 온도에 따라 펌프의 출력과 배출 밸브의 개도를 조절함으로써 계절적 요인에 관계없이 제거율과 회수율을 일정하게 유지할 수 있다.
역삼투 멤브레인 필터, 온도 센서, 펌프, 배출 밸브
Description
본 발명은 역삼투 정수기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
수질 오염이 심각해지면서 오염된 물을 깨끗하게 여과할 수 있는 정수기에 대한 관심이 증대되고 있다. 이러한 정수기의 정수 방식에는 역삼투압 방식, 중공사막 방식, 자연여과 방식 등이 있는데, 이 중에 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 물 분자가 높은 쪽으로 삼투하여 양쪽 물의 농도가 평형 상태에 도달할 때 삼투하는 물의 압력을 삼투압이라고 하는데, 이러한 삼투압이 작용하는 반대 방향으로 삼투압보다 큰 압력을 가하면 물이 삼투막을 통과하여 물속에 포함되어 있는 물 이외의 다른 성분을 원하는 수준까지 제거하여 물을 정수하는 방식을 말한다.
이러한 역삼투압 방식을 이용한 정수기(이하, 역삼투 정수기)는 가정에서 흔히 사용되는데 그 구성을 보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 수도물 등의 원수로부터 입자성 물질을 제거하도록 된 침전 필터(10), 이 침전 필터(10)를 거쳐 1차적으로 정수된 물에서 염소 및 산화물질을 제거하도록 된 선카본 필터(20), 이 선카본 필터(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 살균 기능을 수행하도록 된 후카본 필터(40)가 정수 라인(50) 상에 순차적으로 배치된다.
역삼투 멤브레인 필터(30)에는 역삼투 과정에서 필연적으로 발생되는 농축수를 배출하도록 배출 라인(60)이 연결되고, 이 배출 라인(60) 상에는 배출 밸브(70)가 구비되어, 이 배출 밸브(70)를 통해 배출되는 농축수의 흐름을 지연시킨다. 배출 밸브(70)는 역삼투 멤브레인 필터(30)의 오염도를 고려하여 회수율이 통상 20%~35% 정도 되도록 설정된다.
여기서, 회수율 = 정수수/(정수수 + 농축수) × 100 을 의미한다.
즉, 역삼투 정수기에서는 정수수와 농축수의 비율이 대략 1:2 정도로 설정되어 필터링이 이루어지고 있다.
그런데, 역삼투 멤브레인 필터(30)는 필터 전단의 온도, 즉 입수 온도에 따라 회수율과 오염물질의 제거율이 달라지는 특성을 보인다.
특히, 우리나라와 같이 동절기와 하절기의 수온의 편차가 큰 지역에서는 필터의 회수율과 제거율의 편차가 크게 나타나, 계절에 따라 성능에 차이를 보이는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 고안된 것으로, 계절적 요인에 상관없이 회수율과 제거율을 일정하게 유지할 수 있는 역삼투 정수기 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따르면, 역삼투 멤브레인 필터, 상기 역삼투 멤브레인 필터로 원수를 유입하는 입수관, 상기 역삼투 멤브레인 필터로부터 정수수를 취출하는 정수관, 상기 역삼투 멤브레인 필터로부터 농축수를 배출하는 배출관, 상기 입수관의 수온을 측정하는 온도 센서, 상기 입수관에 설치되는 펌프, 및 상기 온도 센서에서 측정된 수온에 따라 상기 펌프의 출력을 조절하는 제어부를 포함하는 역삼투 정수기를 제공한다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 상기 제어부는 상기 수온이 높을수록 상기 펌프의 출력을 증가시킨다.
본 발명의 제3 특징에 따르면, 상기 배출관에는 배출 밸브가 설치되고, 상기 제어부는 상기 온도 센서에서 측정된 수온에 따라 상기 배출 밸브의 개도를 조절한다.
본 발명의 제4 특징에 따르면, 상기 제어부는 상기 수온이 높을수록 상기 배출 밸브의 개도를 크게 한다.
본 발명의 제5 특징에 따르면, 역삼투 멤브레인 필터를 구비하는 역삼투 정 수기의 제어 방법에 있어서, 상기 역삼투 멤브레인 필터로 유입되는 물의 온도를 측정하는 단계, 및 상기 측정된 온도에 따라 물의 유입 압력을 조절하는 단계로서, 물의 온도가 높을수록 물의 유입 압력을 크게 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제6 특징에 따르면, 상기 측정된 온도에 따라 상기 역삼투 멤브레인 필터로부터 농축수가 배출되는 배출관의 개도를 조절하는 단계로서, 물의 온도가 높을수록 상기 배출관의 개도를 크게 하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 역삼투 멤브레인 필터의 입수 온도에 따라 펌프의 출력과 배출 밸브의 개도를 조절함으로써 계절적 요인에 관계없이 제거율과 회수율을 일정하게 유지할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역삼투 정수기(100)의 구성을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 역삼투 정수기(100)는 역삼투 멤브레인 필터(120), 역삼투 멤브레인 필터(120)로 원수를 유입하는 입수관(130), 역삼투 멤브레인 필터(120)로부터 정수수를 취출하는 정수관(140), 역삼투 멤브레인 필터(120)로부터 농축수를 배출하는 배출관(150)을 포함하여 이루어진다.
입수관(130)에는 유입되는 물의 온도를 측정하는 온도 센서(132)와 펌프(134)가 설치된다. 배출관(150)에는 배출관(150)을 통해 배출되는 농축수의 양 을 조절하는 배출 밸브(152)가 설치된다. 배출 밸브(152)의 개도에 따라 정폐수의 비율, 즉 회수율이 조절될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 역삼투 정수기(100)의 제어 블럭을 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 제어부는 온도 센서(132), 펌프(134), 및 배출 밸브(152)에 연결되며, 온도 센서(132)로부터 입수 온도의 신호를 받아 펌프(134)의 출력과 배출 밸브(152)의 개도를 제어하도록 되어 있다.
도 4(a)는 수압이 50kgf/cm2 일 때 수온에 따른 제거율(rejection)과 플럭스(flux)의 변화를 도시한 도표이고, 도 4(b)는 수온이 25℃ 일 때 수압에 따른 제거율과 플럭스의 변화를 도시한 도표이다. 플럭스(flux)는 단위 시간당 멤브레인 막을 통과하는 물의 양을 의미한다. 따라서, 플럭스가 클수록 정수수의 양이 많아지고 회수율이 높아진다. 이 도표는 "Jornal of the Korean society for marine environmental engineering vol.8, No.2 pp. 60-66, May 2005"에서 발췌한 것이다.
도 4(a)를 참조하면, 수온이 증가할수록 제거율은 감소하고 플럭스는 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 4(b)를 참조하면, 수압이 증가할수록 제거율과 플럭스가 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서, 하절기와 같이 수온이 높은 경우 제거율이 감소하고 플럭스는 증가한다(도 4(a) 참조). 제거율은 수압에 비례하여 증가하므로(도 4(b) 참조), 떨어진 제거율을 높이기 위해 수압을 증가시킨다. 그런데, 수압을 증가시키면 제거율 뿐만 아니라 플럭스도 증가하게 되고(도 4(b) 참조), 플럭스가 증가하면 회수율이 증가하고 농축수가 감소하여 필터에 대한 플러싱(flushing)이 제대로 이루어지지 않는 문제가 생긴다. 따라서, 회수율을 감소시키기 위해서 배출 밸브(152)를 개도를 크게 한다. 배출 밸브(152)를 많이 개방함으로써 농축수의 비율이 증가되고 플러싱이 원활하게 이루어질 수 있다. 이와 같이, 하절기에는 수압을 증가시켜 제거율을 높이고 배출 밸브(152)의 개도를 증가시켜 회수율을 감소시킴으로써, 제거율과 회수율을 일정하게 유지할 수 있다.
반대로, 동절기의 경우 수온이 감소하므로 제거율이 증가하고 플럭스는 감소한다(도 4(a) 참조). 제거율은 수압에 비례하므로(도 4(b) 참조), 제거율을 낮추기 위해 수압을 감소시킨다. 그런데, 수압을 감소시키면 제거율 뿐만 아니라 플럭스도 감소하게 되고(도 4(b) 참조), 플럭스가 감소하면 회수율이 감소하여 생산되는 정수수의 양이 감소하는 문제가 생긴다. 따라서, 회수율을 증가시키기 위해서 배출 밸브(152)의 개도를 작게 한다. 배출 밸브(152)를 작게 개방함으로써 정수수의 비율이 증가되어 충분한 양의 정수수를 얻을 수 있다. 이와 같이, 동절기에는 수압을 감소시켜 제거율을 낮추고 배출 밸브(152)의 개도를 감소시켜 회수율을 증가시킴으로써, 제거율과 회수율을 일정하게 유지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 역삼투 정수기(100)의 제어 방법을 설명한다.
온도 센서(132)는 입수관(130)을 통하여 역삼투 멤브레인 필터(120)로 유입되는 물의 온도를 측정하고, 이를 제어부에 보낸다.
예컨대, 수온이 25℃ 일 때, 제거율이 99%이고 회수율이 30% 라고 가정하면, 수온의 변화에 따라 제거율과 회수율을 각각 99%와 30%로 일정하게 유지하기 위해서 펌프(134)의 출력과 배출 밸브(152)의 개도를 조절할 필요가 있다.
즉, 하절기에 수온이 25℃ 이상으로 높아지면 제거율이 감소하고 회수율이 증가하게 된다. 따라서, 제어부는 제거율을 99%로 높이고 회수율을 30%로 감소시키기 위해 펌프(134)의 출력을 증가시키고 배출 밸브(152)의 개도를 증가시킨다.
반대로, 동절기에 수온이 25℃ 이하로 떨어지면 제거율이 증가하고 회수율이 감소하게 된다. 따라서, 제어부는 제거율을 99%로 낮추고 회수율을 30%로 증가시키기 위해 펌프(134)의 출력을 감소시키고 배출 밸브(152)의 개도를 감소시킨다.
이와 같이, 역삼투 멤브레인 필터(120)의 입수 온도에 따라 펌프(134)의 출력과 배출 밸브(152)의 개도를 조절함으로써 계절적 요인에 관계없이 제거율과 회수율이 일정한 성능을 발휘하는 역삼투 정수기를 구현할 수 있는 것이다.
도 1은 역삼투 멤브레인 필터를 포함하는 정수 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역삼투 정수기의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 역삼투 정수기의 제어 블럭을 도시한 것이다.
도 4(a)는 수압이 50kgf/cm2 일 때 수온에 따른 제거율과 플럭스의 변화를 도시한 도표이고, 도 4(b)는 수온이 25℃ 일 때 수압에 따른 제거율과 플럭스의 변화를 도시한 도표이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
120 역삼투 멤브레인 필터 130 입수관
132 온도 센서 134 펌프
140 정수관 150 배출관
152 배출 밸브
Claims (6)
- 역삼투 멤브레인 필터(120),상기 역삼투 멤브레인 필터(120)로 원수를 유입하는 입수관(130),상기 역삼투 멤브레인 필터(120)로부터 정수수를 취출하는 정수관(140),상기 역삼투 멤브레인 필터(120)로부터 농축수를 배출하는 배출관(150),상기 입수관(130)의 수온을 측정하는 온도 센서(132),상기 입수관(130)에 설치되는 펌프(134), 및상기 온도 센서(132)에서 측정된 수온에 따라 상기 펌프(134)의 출력을 조절하는 제어부를 포함하는 역삼투 정수기.
- 청구항 1에 있어서,상기 제어부는 상기 수온이 높을수록 상기 펌프(134)의 출력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 역삼투 정수기.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,상기 배출관(150)에는 배출 밸브(152)가 설치되고,상기 제어부는 상기 온도 센서(132)에서 측정된 수온에 따라 상기 배출 밸브(152)의 개도를 조절하는 것을 특징으로 하는 역삼투 정수기.
- 청구항 3에 있어서,상기 제어부는 상기 수온이 높을수록 상기 배출 밸브(152)의 개도를 크게 하는 것을 특징으로 하는 역삼투 정수기.
- 역삼투 멤브레인 필터(120)를 구비하는 역삼투 정수기의 제어 방법에 있어서,상기 역삼투 멤브레인 필터(120)로 유입되는 물의 온도를 측정하는 단계, 및상기 측정된 온도에 따라 물의 유입 압력을 조절하는 단계로서, 물의 온도가 높을수록 물의 유입 압력을 크게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 정수기의 제어 방법.
- 청구항 5에 있어서,상기 측정된 온도에 따라 상기 역삼투 멤브레인 필터(120)로부터 농축수가 배출되는 배출관(150)의 개도를 조절하는 단계로서, 물의 온도가 높을수록 상기 배출관(150)의 개도를 크게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 정수기의 제어 방법.
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