KR20140048858A - 미네랄 침전 방지 또는 저감용 워터 컨디셔너 - Google Patents

미네랄 침전 방지 또는 저감용 워터 컨디셔너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수처리 장치(1)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 물 운반 및/또는 물 가열 가전제품이나 처리 식수를 사용하여 음식 및/또는 음료를 제조하고 조리하는 기기, 예컨대 처리수를 사용하는 음료 제조기, 커피 머신, 제빙기, 요리 및 구이 기기, 스팀 생성기 또는 고압 청소기, 에어컨 등의 급수를 위한 수처리 장치로서, 고체 형태이고 미네랄 침전을 저감하도록 의도된 제제(3)를 포함하는 수처리 장치에 관한 것이다. 본 처리 장치는 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 영향을 미치는 제1 매체가 제공되는 것을 특징으로 한다.

Description

미네랄 침전 방지 또는 저감용 워터 컨디셔너{WATER CONDITIONER FOR PREVENTING OR REDUCING MINERAL PRECIPITATION}
본 발명은 미네랄 침전 방지 또는 저감용 워터 컨디셔너에 관한 것입니다.
미네랄 침전, 특히 CaCO3 침전물의 형성은 예컨대 온수를 수반하거나 물 성분이 집중되는 기기의 작동시 문제를 야기한다. 이들 기기의 예로는 온수기, 커피 머신, 찜기, 식기 세척기, 세탁기, 스팀 기기, 특히 스팀 다리미, 고압 청소기, 공기 정화기 및 에어컨, 제빙기, 특히 각빙 제조기, 식수 분배기, 자동 음료 제조기 등이 있다. 상용화된 종래의 기술에 따르면 고질적인 미네랄 침전, 특히 석회 침전을 방지 또는 저감하기 위해 원수(raw water)의 사전처리가 이용된다. 이런 사전처리는 이온 교환제, 특히 양이온 교환제, 예컨대 약산성 양이온 교환제를 사용하는 연화 또는 탄산염 제거 유닛을 수반한다. 결정 형성, 예컨대 CaCO3 결정 형성을 방지하거나 물에 용해되는 미네랄을 안정화하는 제제를 첨가하는 것도 미네랄 침전, 특히 석회 침전을 억제하는 관행적인 방법이다. EP 2 272 801 A2는 미네랄 침전 저감용 제제, 예컨대 결정 형성 방지용 제제나 스케일링 방지 물질, 예컨대 폴리포스페이트와 같은 착화제와 연화 또는 탄산염 제거를 조합한 방식을 설명한다.
액체 내 착화제, 특히 포스페이트나 폴리포스페이트와 같은 스케일링 방지 물질 또는 미네랄 침전 저감용 제제를 도입하는 공지된 방법으로는 무엇보다도 결정질, 무정질 또는 고상 스케일링 방지 물질, 예컨대 미소구체, 분말 또는 여타의 조건부 사용 형태의 폴리포스페이트염과 같은 착화제를 용해하기 위한 액체 계량 장치 및 시스템을 들 수 있다.
근래에는 과포화 탄산칼슘 용액의 결정화를 억제하기 위해 많은 국가에서 통과 유동(flow-through) 체적에 비례하는 양으로 폴리포스페이트 농축물을 첨가하는 액체 계량 장치만을 사용하여 착화제, 특히 폴리포스페이트와 같은 스케일링 방지 물질을 도입하는 방식이 권장되는데, 이는 고상 착화제가 마련되는 공지된 시스템(이하, "고체 공급 시스템")에서는 착화제와 액체, 특히 폴리포스페이트와 물의 체류 및 접촉 시간이 각각의 용도에 따라 서로 달라짐으로 인해 물에 폴리포스페이트를 균일하게 도입하는 것이 불가능하기 때문이다. 분균일한 도입의 결과, 용해된 폴리포스페이트의 수중 농도가 사용자나 소비자의 요건에 따라 크게 변동한다.
액체 내 스케일링 방지 물질 또는 착화제의 농도 과잉을 방지하기 위해, 난용성 스케일링 방지 물질 또는 착화제, 예컨대 난용성 폴리포스페이트가 특히 식수의 컨디셔닝에 사용된다.
따라서 고체 공급 시스템에서는 난용성 스케일링 방지 물질, 예컨대 폴리머포스페이트의 사용과 관련하여 딜레마에 처하게 된다. 시스템의 정체기 후, 예컨대 밤 사이에 처리수 내 스케일링 방지 물질, 예컨대 폴리포스페이트의 권장 최고 농도(독일 TVO에 따르면 폴리포스페이트의 경우 7 mg/l)를 초과해서는 안 된다면 오직 극난용성 폴리포스페이트만을 사용할 수 있다. 한편, 처리수의 연속 공급이 요구될 때, 물이 높은 유속으로 고체 공급 시스템을 통과한다면 폴리포스페이트의 도입량은 미네랄, 특히 CaCO3의 권장 용해도 안정화에 필요한 바람직한 최저 농도 미만으로 매우 빠르게 줄어든다. 따라서 석회 침전의 방비 또는 CaCO3 침전의 효과적인 저감을 위한 수처리의 효력이 상실된다.
본 특허출원은 서두에 간략히 서술한 종래 기술에 따른 수처리, 특히 식수 처리를 개선하는 문제를 다룬다.
이 문제는 청구항 제1항의 전문에 의해 해결된다. 종속 청구항은 유용하고 유리한 실시예를 명시한다.
이에 따라, 본 발명은 특히 물 전달 및/또는 물 가열 가전제품, 주방용품 또는 처리 식수를 사용하여 음식 및/또는 음료를 제조 및 조리하는 기기, 예컨대 처리수를 사용하는 자동 음료 제조기, 자동 커피 머신, 제빙기, 요리 및 구이 기기, 스팀 생성기 또는 고압 청소기, 에어컨 등의 급수를 위한 수처리 장치로서, 미네랄 침전 저감용 제제를 포함하는 수처리 장치를 제공한다. 본 장치는 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 영향을 미치는 제1 매체가 마련되는 것을 특징으로 한다.
영향 매체의 예로는 미네랄 침전 저감 수단에 대한 용해 억제제, 용해 촉진제, 용해 가속제, 용해 조절제 또는 농도 조절제를 들 수 있다. 본 발명의 목적상, 조절제는 제1 매체 및/또는 물의 성분 및/또는 기온이 제제에 미치는 영향 및/또는 수처리 장치의 작동 모드에 따라, 제제의 용해도 또는 수중 제제 농도를 감소 또는 증가시키고 그리고/또는 특정 범위 내로 제제의 용해도 또는 농도를 유지하는 매체를 의미한다.
조절제의 기능으로는 제제로부터의 이온 회수, 제제로의 이온 증여, 제제와의 이온 교환, 제제의 용해도 증감, 물에 용해되는 제제의 흡수 또는 방출 등을 들 수 있다. 따라서 정체기 중에 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생하지 않을 때, 예컨대 물로부터 제제를 흡수함으로써, 예컨대 제제의 이온을 흡수하거나 교환함으로써 소정 범위 내로 수중 제제 농도를 유지할 수 있고 그리고/또는 저용해 상태로 제제를 유지할 수 있다. 차후의 방수(放水)기(offtake phase) 또는 수처리 장치를 통과하는 유동의 발생시 조절제는 이전에 흡수한 제제 및/또는 이전에 흡수한 제제의 이온을 방출하거나 교환하여 수중 제제 농도를 소정 범위 내로 유지하고 그리고/또는 제제의 용해도를 다시 증가시킬 수 있다.
따라서 방수기 또는 물 처리 장치를 통과하는 유동의 발생시 제제와 매체 간의 접촉 시간이 보다 단축되더라도 수중 제제 농도가 불충분하지 않고 제제의 미네랄 침전 방지 효능이 저감되거나 사라지지 않는다. 정체기 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생하지 않을 때는, 제제와 매체 간의 접촉 시간이 보다 길어지더라도 수중 제제 농도의 과잉을 초래하지 않는다.
영향 매체는 고체, 액체 또는 기체 형태로 존재할 수 있다. 작용 매체는 수처리 장치 내에서 이동성이거나 부동성일 수 있다.
이런 수처리 장치의 구조는 특히 단지 일부의 작동 조건 하에서도 여태껏 만족스러운 성과를 내지 못했던 제제를 사용하여 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동, 특히 처리 대상 물 내에서의 용해 거동에 영향을 미침으로써 미네랄 침전을 만족스럽게 저감할 수 있다는 인식에 바탕을 둔다.
따라서 예컨대 물이 방수되는 시기 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생하는 시기 중에 제제의 용해도가 증가하고 제제가 충분한 농도로 용해되어 파이프 및/또는 처리수가 가열되거나 집중되는 영역에서 CaCO3의 침전이 방지되거나 적어도 충분히 저감되도록, 본질적으로 난용성인 미네랄 침전 저감용 제제 또는 예컨대 CaCO3의 경화침전 저감용 제제의 용해도가 표적화된 방식으로 영향을 받을 수 있다.
다른 실시예에서는, 예컨대 물의 정체기 중에 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생하지 않을 때, 수중 제제 농도의 과잉을 방지하기 위해 제제의 용해도가 저감되도록, 본질적으로 이용성(易溶性)인 미네랄 침전 저감용 제제 또는 예컨대 CaCO3의 경화침전 저감용 제제의 용해도에 표적화된 방식으로 영향을 미치는 것이 가능하다.
미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 영향을 미치는 제2 매체를 마련함으로써 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 추가적으로 대항할 수 있다.
예컨대 용해 거동이 제1 매체에 의해 아직도 현저히 증가하지 않은 경우에는, 예컨대 물이 방수되는 시기 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생하는 시기 동안, 제2 매체에 의해 예컨대 미네랄 침전 저감용 제제의 용해도가 추가로 증가하는 형태로 변경이 이루어질 수 있다. 이 경우, 예컨대 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 단계적으로 영향을 미치는 것도 가능하다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 제2 매체는 제1 매체에 의해 야기된 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동의 증가에 대항할 수 있다. 예컨대 물의 정체기 중에 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생하지 않을 때, 바람직하지 않은 수중 미네랄 침전 저감용 제제 농도의 과잉에 대항할 수 있다.
이는 예컨대 제제의 용해도나 수중 제제 농도의 조절 효능을 갖는 제2 매체에 의해 바람직한 방식으로 실현될 수 있다. 이 조절제는 예컨대 정체기 중에 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생할 때, 미네랄 침전 저감용 제제의 용해도를 저감하고 그리고/또는 증가한 수중 제제 농도를 순화하여 이를 다시 방출하고 그리고/또는 다음 방수기 또는 수처리 장치를 통과하는 유동의 발생 시기 중에 재차 제제의 용해도를 증가시키도록 작용할 수 있다.
미네랄 침전 저감용 제제는 예컨대 매체 내에, 예컨대 바람직하게는 조절제로서의 역할을 하는 고체 매체 및/또는 부동화 매체 내에 내장될 수 있다.
실험에 의하면 조절제로서 음이온 교환제가 유리하였다. 음이온 교환제 내에 내장함으로써 물로 방출되는 제제의 용해도 및/또는 용량, 그리고/또는 수중 제제 농도의 조절이 가능해진다. 적절한 음이온 교환제는 강염기성, 약염기성 또는 중간 염기도의 변형체이다. 또한 제2 매체는 pH 증가제를 포함할 수 있다. 이 목적에 유용한 것으로 확인된 매체로는 예컨대 입상체 형태의 난용성 탄산칼슘 및/또는 탄산마그네슘(Magnodol® 등)을 들 수 있다. 이 입상체는 용해되며 알칼리 반응을 나타낸다. 따라서 이 제제는 정체기에 pH를 증가시킬 수 있다. pH가 증가하면 미네랄 침전 저감용 제제의 용해도가 저감된다.
미네랄 침전 저감용 제제가 바람직하게는 난용성 Ca2+, Mg2+ 염, 예컨대 Ca2+, Mg2 + 폴리포스페이트를 포함하는 경우에는, pH 증가제의 용해가 진행되는 동안, Ca2+와 Mg2 + 이온이 방출되기 때문에 미네랄 침전 저감용 제제의 용해도가 추가로 저감될 수 있다.
수중 염 용해 법칙에 따르면, 제제와 접촉하는 고농도의 Ca2 +와 Mg2 +는 제제의 음이온의 용해도(용해도 곱)를 저감한다.
제제의 용해도 및/또는 수중 미네랄 침전 저감용 제제 농도에 영향을 미치기 위해서는 미네랄 침전 저감용 제제에 내장되는 제2 매체는 pH 증가제와 조절제의 혼합물로 구성되는 것이 특히 유리하다. 이는 정체기 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생하지 않는 시기 동안, 및/또는 미네랄 침전 저감용 제제의 용해도가 제1 매체에 의해 영향을 받을 때, 특히 유리하다.
자체로 제2 매체, 예컨대 pH 증가제로서의 역할을 하는 미네랄 침전 저감용 제제를 사용하는 것도 가능하다.
예컨대 CO2의 수중 용해에 의한 탄산의 형성에 의해 수중 pH에 영향을 미치기 위해 기체 매체 또는 기체 형태로 작용하는 매체를 사용하는 것도 가능하다. 특히 정체기 중에 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생하지 않을 때, 사용되는 수중 제제의 농도 과잉을 방지하기 위해 예컨대 CO2 가스의 방출에 의해 또는 임의의 유형의 가스, 예컨대 공기에 의해 제1 매체와 미네랄 침전 저감용 제제 간의 접촉을 방해하거나 현저히 저감하는 것도 가능하다.
액체 매체 및/또는 수처리 장치 내에서 이동성 거동을 갖는 매체의 경우, 예컨대 수처리 장치의 각각의 작동 상태에 부합하는 방식으로 매우 정확하고 신속하게 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 영향을 미칠 수 있도록 제1 매체와 제2 매체를 혼합하기 위해 바람직하게는 제1 매체와 제2 매체의 혼합 공간이 마련될 수 있다.
제1 매체 및/또는 제2 매체의 혼합 공간 또는 유로(flow path)는 특히 바람직하게는 이들의 혼합비가 가변적이 되도록 구성된다. 예컨대 방수 작동 중에 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생할 때는 제1 매체가 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 거의 제약 없이 작용할 수 있도록, 예컨대 제제의 용해도 및 이에 따른 수중 제제 농도를 증가시켜 미네랄 침전으로부터 수처리 장치를 최적으로 보호할 수 있도록 두 매체의 혼합 정도가 낮아질 수 있다. 반면, 정체기 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생하지 않을 때는 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 대한 제1 매체의 작용이 방지되도록, 예컨대 제제의 용해도 및 이에 따른 수중 미네랄 침전 저감용 제제 농도가 저감되도록, 특히 실질적으로 훨씬 저감되고 추가적인 용해가 훨씬 충분하게 방지되도록 제1 매체와 제2 매체 간의 혼합 정도가 높아질 수 있다.
이는 예컨대 미네랄 침전 저감용 제제의 용해도를 증가시키는 pH를 갖는 제1 매체와, 용해도에 대한 정(positive)의 영향에 대항하는, 즉 용해 거동을 다시 저감하는 pH를 갖는 제2 매체에 의해 실현될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제1 매체는 산성화 거동을 가지며 제2 매체는 이 산성화 효과에 대항하는 물성을 가진다. 예컨대 제1 매체는 수처리 섹션, 예컨대 탄산염 제거 섹션을 통해 여과된 처리 대상 물의 제1 서브스트림일 수 있다. 이 경우, 서브스트림은 산성화될 수 있다. 한편, 제2 매체는 제1 서브스트림과는 별도로 운반되는 처리 대상 물의 제2 서브스트림일 수 있다. 예컨대 관련된 물의 추가 처리 요건을 충족하기 위해 제2 서브스트림은 예컨대 수처리 섹션, 특히 필터 섹션을 통해 운반될 수도 있다. 추가 처리의 예로는 입자 여과, 중금속 여과 등이 있다.
제1 매체의 pH는 방수기 중에 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생하는 동안, 바람직하게는 대략 6 미만의 범위, 특히 약 3 또는 3 내지 4.5의 범위이다.
미네랄 침전 저감용 제제에 두 매체를 적절한 방식으로 첨가할 수 있도록, 적절한 용기가 제제를 위해 마련될 수 있다. 앞서 언급한 혼합 공간은 예컨대 처리 대상 물, 특히 그 내부의 제1 매체 및/또는 제2 매체의 유입 및 배출을 위해 적절히 구성된 도관에 의해 구현될 수 있다.
미네랄 침전 저감용 제제의 용기는 바람직하게는 제1 매체를 위한 적어도 하나의 제1 유입로와 제2 매체를 위한 적어도 하나의 제2 유입로를 가진다. 제2 매체용 유입로는 유리하게는 유동 방향으로 제1 매체용 유입로보다 용기의 유출로에 가깝다. 이렇게 하여 제2 매체는 방수 작동 중에 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 발생할 때, 미네랄 침전 저감용 제제와 접촉하지 않거나 단지 약간만 또는 단지 잠시만 접촉하게 된다. 이와 달리 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 영향을 미치기 위해 마련되는 제1 매체는 제제와 확고하게 그리고/또는 보다 오랫동안 접촉하며, 따라서 제제의 용해도 및 이에 따른 수중 미네랄 침전 저감용 제제 농도를 증가시킬 수 있다.
미네랄 침전 저감용 제제의 용기는 바람직하게는 다공성 분리벽을 가진다. 특히 용기는 예컨대 몸체, 예컨대 탄소로 구성되는 피복체(sheath)의 형태인 다공성 벽체로서 구성될 수 있다. 활성 탄소가 사용되는 경우에는, 대응하는 필터 섹션이 동시에 구현될 수 있다. 매체의 공급을 위한 탄소 내 다공성 통로는 제1 매체와 제2 매체에 해당하는 처리 대상 물의 두 서브스트림의 유입을 위해 활용될 수 있다. 일 실시예에서, 수처리 장치 내로의 제1 매체의 종단면 유입은 유출측에서 멀리 떨어진 영역에서, 그리고 피복체의 유출측 영역에 가까운 종단면의 영역 및/또는 제2 매체를 유입하는 역할을 할 수 있는 피복체의 유출측 영역에 가까운 벽 영역에서 구현될 수 있다. 본 실시예의 변형례에서, 제1 매체와 제2 매체는 용기 전면에 걸쳐 유동할 수 있으며, 이 경우에는 매우 넓은 간격으로 이격된 제1 매체 및 제2 매체용 공급 라인이 마련된다.
제1 매체의 pH의 설정은 예컨대 이온 교환제를 사용하여 수행될 수 있다. 이온 교환제는 예컨대 양이온 교환제, 특히 주로 수소 형태로 존재하는 약산성 양이온 교환제일 수 있다. 이온 교환제는 관련 양이온 교환제 섹션을 통과하는 처리 대상 물의 서브스트림 또는 제1 매체의 pH를 변경한다. 방수 작동 중에, 즉 서브스트림이 양이온 교환제를 통과하는 시간 동안, 상기 서브스트림은 적절히 산성화되어 미네랄 침전 저감용 제제에 공급된다. 이는 수처리 장치를 통과하는 물 전체가 충분히 처리되어 미네랄 침전을 방지하거나 적어도 크게 저감하도록 미네랄 침전 저감용 제제의 용해도 및 이에 따른 수중 제제 농도를 증가시킨다.
바람직한 실시예에서 미네랄 침전 저감용 제제는 착화제, 예컨대 포스페이트 함유 및/또는 폴리포스페이트 함유 착화제일 수 있다. 이 경우, 가능한 상태로는 결정질, 비정질 및/또는 기타물질이 있다.
미네랄 침전 저감용 제제로는 결정 형성 방지용 제제, 예컨대 착화제, 예컨대 중성 pH에서 난용성인 폴리포스페이트가 바람직하다. 이로써 정체기 또는 수처리 장치를 통과하는 유동이 존재할 경우 산성화되지 않은 물의 혼합에 의해 제제의 용해 거동이 비교적 신속히 저감되거나 안정화될 수 있으며 수중 제제 농도의 과잉이 방지될 수 있다. 본 발명의 목적상 착화제는 미네랄, 특히 칼슘, 마그네슘, 바륨 등과 같은 금속에 결합하여 다른 반응제와의 반응 및 결정 형성 또는 수성 용액 내의 침전을 저해하는 제제이다. 특히 난용성 알칼리토 금속 화합물의 침전(예컨대 경화)을 저해하거나 부식을 억제하기 위해 포스포네이트, 인산, 트리포스페이트, 폴리포스페이트와 같은 착화제가 사용되는데, 이는 이들 착화제가 용액 내에 난용성 화합물을 유지하거나 난용성 화합물을 이용성 화합물로 변환하기 때문이다.
미네랄 침전 저감용 제제의 용기는 바람직하게는 그 외측 옆면과, 바람직하게는 종단면의 표면까지도 제1 매체 및/또는 제2 매체 또는 이들 매체로부터 형성되는 매체 혼합물과 접촉하도록 수처리 장치에 배열된다. 이를 위해 용기는 예컨대 교환식 카트리지, 특히 필터 요소로서 구성되는 요소의 형태일 수 있거나, 이런 요소 내에, 바람직하게는 그 단부에 마련되거나 제1 매체를 형성하는 처리 대상 물의 서브스트림의 산성화를 위해 마련되는 필터 섹션에 마련될 수 있다.
제2 서브스트림, 예컨대 제2 매체를 형성하는 서브스트림은 예컨대 필터 요소의 산성화 섹션 둘레의 우회 스트림으로서 운반되도록 전달될 수 있다. 이상의 설명에 따르면, 처리 대상 물의 이 서브스트림의 도입은 처리 대상 물이 미네랄 침전 저감용 제제 용기로부터 배출되는 해당 용기의 영역 근처에서 이루어진다.
배관 시스템에 수처리 장치를 설치할 수 있도록 배관 시스템은 유리하게는 도관 연결 헤드를 추가로 포함할 수 있다. 이런 도관 연결 헤드는 일반적으로 공급 라인 연결부와 배출 라인 연결부를 포함하며, 이들 두 연결부 사이에 유체 역학적으로 배열되는 교환식 요소, 특히 필터 요소, 예컨대 교환식 필터 카트리지용 연결부 또는 안착부를 대개 포함한다. 도관 연결 헤드는 대개 처리 대상 물이 공급 라인을 통해 도관 연결부를 향해, 더 나아가서는 필터 요소를 향해 유동하고, 수처리를 위해 필터 요소를 통과한 후 이어서 도관 연결 헤드에 장착된 배출 라인을 통해 도관 연결 헤드를 구비한 배관 시스템으로 도로 운반되도록 구성된다. 이로써 하류에 연결되는 기기가 미네랄 침전으로부터 확실하게 보호될 수 있다. 기기의 예로는 가전제품 또는 음식 및/또는 음료의 제조 및 조리 기기, 예컨대 온수기, 커피 머신, 찜기, 식기 세척기, 스팀 기기, 특히 스팀 다리미, 고압 청소기, 공기 정화기 및 에어컨, 제빙기, 특히 각빙 제조기, 식수 분배기, 자동 음료 제조기 등이 있다.
다른 실시예에서, 수처리 장치는 물탱크, 특히 예컨대 여과식 물주전자 형태의 필터 연결 요소를 갖춘 물탱크나 음료 제조기, 특히 온음료 제조기, 예컨대 커피 머신의 유닛으로서의 물탱크를 포함할 수 있다. 이렇게 하여 배관 시스템에 연결되지 않는 기기도 적절히 처리된 물을 공급받을 수 있다.
추가 변형예에서, 수처리 장치는 기기에 직접 연결을 위해 마련되는 연결 요소를 구비할 수도 있다. 이에 대응하여 마련되는 기기는 본 발명에 따른 수처리 장치의 중간 설비를 갖춘 물탱크나 도관에 의해 미네랄 침전에 기인한 퇴적으로부터 보호될 수 있다.
첨부도면은 가능한 작동예를 개략적으로 예로서 도시한다.
도 1은 미네랄 침전 저감용 제제가 충전된 용기를 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 용기를 구비한 물 여과 요소를 도시한다.
도 3은 도관 연결 헤드를 구비한 수처리 장치를 도시한다.
도 4는 물탱크를 구비한 수처리 장치를 도시한다.
도 5는 기기 연결용 연결 요소를 구비한 수처리 장치를 도시한다.
도 6은 고체 또는 부동화 매체에 내장되는 미네랄 침전 저감용 제제를 구비한 물 여과 요소를 도시한다.
도 7은 여과식 물주전자 형태의 수처리 장치를 도시한다.
도 8은 미네랄 침전 저감용 제제로 충전되고 매우 넓은 간격으로 이격된 매체용 공급 라인을 가지고 전면에 걸친 유동 형태를 가지는 용기를 도시한다.
도 9a는 장치를 통과하는 유동이 발생할 때의 물탱크 구비 수처리 장치를 도시한다.
도 9b는 장치를 통과하는 유동이 발생하지 않을 때의 물탱크 구비 수처리 장치를 도시한다.
도 1은 수처리 장치(1)의 일부로서 미네랄 침전 저감용 제제(3)의 용기(2)를 도시한다. 화살표는 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 영향을 미치는 제1 매체(4)용 유로와, 마찬가지로 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 영향을 미치는 제2 매체(5)용 유로를 상징적으로 도시한다. 바람직하게는, 다공성 벽(6)에 의해 형성되는 용기(2)는 그 내부에 제1 매체(4)와 제2 매체(5)의 혼합 공간(7)을 형성한다.
용기(2)를 형성하는 다공성 재료를 상징하는 점들이 상징적으로 묘사된 축(8)의 좌측에 예로서 도시되어 있다. 제1 매체(4) 및 제2 매체(5)의 공급 라인의 구성과 배열에 따라서는, 제1 매체와 제2 매체가 벽(6)의 전체 길이에 걸쳐 용기(2)의 내부로 유입될 수 있다. 화살표(9, 10)는 벽(6)을 통한 관련 매체(4, 5)의 바람직한 통과 영역을 재차 도시한다. 통과 영역은 해당 영역으로 통하는 공급 섹션의 개구에 의해 형성될 수 있고 그리고/또는 선택적으로는 적절한 조치, 예컨대 두 매체의 유동 거동에 대한 표적화된 정합에 의해 또는 다른 벽 영역 및/또는 종단면에 비해 해당 영역에 위치한 벽(6)의 투과성을 증가시킴으로써 실현될 수 있다.
다공성 벽(6) 실시예의 대안으로서, 이런 벽은 불투과성이 되도록 형성될 수도 있으며, 화살표(11, 12)에 의해 우측에 예로서 상징적으로 도시된 바와 같이 이에 대응하여 적절한 영역에 투과성 영역이 마련될 수 있다. 이로 인해 두 매체(4, 5)의 표적화된 유동이 가능해진다. 방수 작동시, 즉 비교적 양호한 유동이 발생할 때, 이렇게 하여 실질적으로 제1 매체(4)만이 미네랄 침전 저감용 제제(3) 주위를 유동하며 제2 매체(5)는 제제(3)에 영향을 주지 않으면서 실질적으로 바로 처리수의 배출 스트림으로 공급되는 것이 보장될 수 있다. 예컨대 체(sieve), 그물망, 직물 또는 여타의 액체 투과성 소재의 형태를 취하는 보유 수단(14)이 출구에서 멀리 떨어진 혼합 공간(7)의 섹션에 제제(3)를 보유함으로써 두 매체 스트림(4, 5)을 분리하는 데 추가로 도움을 줄 수 있다.
도 2는 하우징(16)과, 연결 요소(17)와, 그 내부에 마련되는 도 1의 묘사에 따른 용기(2)를 가지는 필터 요소(15)를 도시한다. 수처리 장치(1)에 의해 처리되는 물의 제1 서브스트림(18)은 처리 섹션(19)을 통해 유동하며 그 출구에서 제1 매체(4)를 형성한다. 처리 섹션(19)은 pH 저감제, 예컨대 양이온 교환제, 특히 산성 양이온 교환제, 예컨대 수지 형태의 약산성 양이온 교환제를 가질 수 있다. 처리 섹션(19)을 통과한 후 제1 서브스트림은 제1 매체(4)를 형성한다. 예컨대 우회 스트림(21)으로서 제1 서브스트림과 별도로 처리 섹션(19)으로 운반되는 제2 서브스트림은 제2 매체(5)를 형성한다.
도 3은 도관 연결 헤드(22), 공급 라인(23), 배출 라인(24), 및 필터 요소(15)가 연결되고, 적어도 하나의 제1 매체(4)와 미네랄 침전 저감용 제제(3)가 내부에 배열된 수처리 장치(1)를 예로서 개략적으로 도시한다.
도 4는 물탱크(25)와, 적어도 제1 매체(4)와 미네랄 침전 저감용 제제(3)를 구비한 필터 요소(15)를 포함하는 수처리 장치(1)를 도시한다.
도 5는 수처리 장치(1)의 추가 실시예를 도시하고 있으며, 이러한 수처리 장치는 적어도 하나의 제1 매체(4)와 미네랄 침전 저감용 제제(3)를 구비한 필터 요소(15)와, 장치(1)에 의해 급수되는 기기(27)로의 연결을 위한 연결 요소(26)를 포함한다.
도 6은 하우징(16)과, 연결 요소(17)와, 고정식 및/또는 부동화 방식으로 배열되고 미네랄 침전 저감용 제제(3)가 내장되는 제2 매체(5)를 가지는 필터 요소(15)를 도시한다. 제제(3)가 제2 매체(5)의 상류 및/또는 하류에 배열되는 것도 가능하다. 수처리 장치(1)에 의해 처리되는 물의 제1 서브스트림(18)은 처리 섹션(19)을 통해 유동하고 그 출구에서 제1 매체(4)를 형성한다. 처리 섹션(19)은 예컨대 수지 형태의 산성 또는 약산성 양이온 교환제를 가질 수 있다. 이어서 매체(4)는 미네랄 침전 저감용 제제(3)와 이를 둘러싸는 제2 매체(5)를 통해 유동한다. 제2 매체(5)는 예컨대 염기성 반응을 나타내는 매체, 예컨대 염기성 또는 약염기성 음이온 교환제 및/또는 pH 증가제, 예컨대 난용성 탄산칼슘 및/또는 탄산마그네슘 및/또는 미네랄 침전 저감용 제제의 용해를 억제하거나, 용해를 조절하거나, 수중 농도를 조절하는 다른 매체일 수 있다. 예컨대 우회 스트림(21)으로서 제1 서브스트림과 별도로 처리 섹션(19)으로 운반되는 제2 서브스트림은 미네랄 침전 저감용 제제의 하류에서 제1 서브스트림과 혼합된다.
추가 변형례로서, 두 서브스트림의 혼합은 제2 매체(5)와 조합되는 제제(3)의 용해 거동에 추가적인 영향을 미치기 위해 미네랄 침전 저감용 제제(3)의 영역에서 이루어질 수도 있다.
추가 실시예에서, 처리 대상 물은 전적으로 그 출구에서 제1 매체(4)가 형성되는 처리 섹션(19)을 통해 수처리 장치(1)에 도입될 수 있으며, 이어서 미네랄 침전 저감용 제제(3)를 통과하거나 다른 변형례에서는 제2 매체(5)와 조합되는 제제(3)를 통과한다.
도 7은 물탱크(25), 필터 요소(15) 및 여과수 저장 탱크(27)를 포함하는 수처리 장치(1)를 도시한다. 필터 요소(15)는 적어도 하나의 제1 매체(4)와 미네랄 침전 저감용 제제(3)를 포함한다.
도 8은 수처리 장치(1)의 일부로서, 미네랄 침전 저감용 제제(3)의 용기(2)를 도시한다. 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 영향을 미치는 제1 매체(4)용 유로와, 마찬가지로 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 영향을 미치는 제2 매체(5)용 유로가 화살표(4)에 의해 상징적으로 묘사되어 있다. 용기(2)를 둘러싸는 공간은 제1 매체(4)와 제2 매체(5)의 혼합 공간(7)을 형성한다. 두 매체(4, 5)의 혼합은 화살표(28)에 의해 상징적으로 묘사되어 있다.
도 9a와 도 9b는 예컨대 필터 요소(15)와 물탱크 또는 기기로 구성된 수처리 장치의 필터 요소(15)를 상이한 두 작동 상태별로 나누어 단지 예로서 개략적으로 도시한다. 도 9a는 작동 상태의 묘사를 도시하고 도 9b는 정체 상태의 묘사를 도시한다.
두 묘사 모두에서, 필터 요소(15)는 하우징(16)과, 하우징 내부에 배열되는 예컨대 튜브 형태의 도관(32)과, 입구 개구(34) 및 출구 개구(35)를 포함한다. 입구 개구(34)는 하우징(16)과 도관(32)의 벽 사이에 배치되며 예컨대 체 형태의 보유 수단(31)을 포함할 수 있다. 출구 개구(35)는 도관(32)의 단부 영역에 형성된다. 출구 개구 자체가 단부 영역일 수 있거나 아니면 단면이 변화하는 형태로, 예컨대 단면이 저감되는 형태로 구성될 수도 있다. 유리하게는 예컨대 탱크에 필터 요소(15)를 연결하기 위한 연결 피스가 도관의 해당 단부 영역에 마련될 수도 있다.
하우징(16)과 도관(32) 사이의 중간 공간에 배열되는 필터재 보유 수단(31)이 필터 요소(15)의 입구 영역, 즉 개구(34)에 마련될 수 있다. 하우징(16)의 내부에 위치한, 출구의 대향측 도관(32)의 단부에는 미네랄 침전 저감용 제제(3)를 수용하는 용기(2)가 있다. 용기(2)는 예컨대 도관(32)이 플러깅될 수 있거나 또는 역으로 이에 의해 용기(2)가 도관(32) 상에 배치되거나 도관 상으로 가압될 수 있는 오목부를 가진다. 예컨대 입자의 통과를 방지하기 위해 추가 보유 수단(29)이 용기(2)와 도관(32) 사이에 선택적으로 마련될 수 있거나, 용기 자체가 입자 보유 수단으로서의 역할을 할 수 있다.
필터 요소에 의해 처리되는 물의 유입(36)이 도 9a의 입구 영역에 두 개의 화살표에 의해 상징적으로 묘사되어 있다. 유입수는 처리 섹션(19)을 통과하는 유동 방향으로 유동하며, 처리 섹션과의 접촉에 의해 제1 매체(4)를 형성한다. 처리 섹션은 예컨대 pH 저감제, 예컨대 양이온 교환제, 특히 수지 형태의 약산성 양이온 교환제를 가질 수 있다. 제1 매체(4)는 유동 방향으로 전진 유동하여 용기(2) 내로 침투하며, 이어서 통과하는 물이 바람직한 방식으로 처리되어 미네랄 침전으로부터 최적으로 보호되도록 그 내부에 배열되는 미네랄 침전 저감용 매체(3)에 작용할 수 있다. 제1 매체는 이어서 도관(32)의 방향으로 용기 내부로 나아가 예컨대 수막(water film) 형태의 주변 유동으로서 그 내벽을 따라 유동하여 출구 개구(35)에 이른다.
도 9a에 따른 작동 묘사에는, 비교적 소량의 여과수(33)가 도관(32)의 출구 영역에 도시되어 있다. 이는 물의 방수로 인해 물을 사용하는 기기의 방향으로 유출이 일어나기 때문이다. 일반적으로 흡입 펌프가 처리수, 즉 여과수의 방수를 위해 사용된다. 이런 펌프는 작동 중에 배관 시스템 내에 저감된 압력을 생성하며, 다음으로 예컨대 필터 요소(15)가 배치되는 탱크로부터 처리 대상 물을 추가로 인출할 수 있다. 작동 중에 필터 카트리지에 존재하는 물의 수위는 필터 요소를 통과하는 유동이 발생하는 정도까지 상승한다. 용기(2)의 상부 가장자리 영역에 위치한 수위(30)가 도 9a에 예로서 도시되어 있다.
예컨대 공기 또는 CO2 가스 혼합물일 수 있는 제2 매체(5)는 도관(32)의 내부에 배치된다. 도 9a에 도시된 작동 상태 중에, 제2 매체는 도관(32) 내부의 체적 변화에 기인하여 도관 내부에 축적된 여과수(33)가 유출됨으로 인해 출구의 방향으로 인출된다. 도 9b에 도시된 바와 같이 정체 상태시 또는 장치를 통과하는 유동이 발생하지 않는 시기에는, 방수되지 않은 여과수가 제2 매체의 가용 체적을 저감하고 따라서 용기(2)를 향하여 필터 요소의 작동 유동 방향에 반대되는 방향으로 제2 매체를 가압하여 도관(32)의 외벽과 하우징(16) 사이에 존재하는 처리 섹션(19)의 방향으로 제2 매체를 밀어내기 때문에 여과수(33)가 도관(32)의 출구 영역에 다시 모이게 된다.
용기(2)의 상류 및 하류에 유동 평형이 이루어지는 경우에는 도시된 수위(30)의 묘사는 예컨대 도 9b의 용기(2)의 상부 가장자리 밑에 작도된다. 이 경우, 미네랄 침전 저감용 제제(3)는 제2 매체를 공급받으며 이에 대응하여 제2 매체에 의해 영향을 받는다. 공기 또는 CO2 가스가 제2 매체로서 제공되는 본 실시예에서는, 제제(3)와 제1 매체(4) 간의 접촉이 중단되거나 저감된다. 그 결과 제2 매체(5)는 대응하는 용기(2) 내의 수분 함량의 저감으로 인해, 그리고/또는 제제(3)와 제1 매체(4) 간의 접촉이 저감되거나 저해됨으로 인해 예컨대 제제(3)의 용해 거동 및/또는 수중 제제 농도에 작용한다. 그 결과 정체기 또는 필터 요소를 통과하는 유동이 발생하지 않는 시기 중에 처리수 내 제제의 농도 과잉이 방지된다. 이어서 다음 방수시 또는 필터 요소를 통과하는 유동이 발생할 때, 제제(3)는 이전에 실현된 처리 대상 물 스트림의 (예컨대 산성화에 의한) 제1 매체(4)로의 변환으로 인해 충분한 농도로 간단히 물에 용해될 수 있다.
후속 작동 시기 중에는 처리 대상 물이 다시 필터 요소를 통해 작동 유동 방향으로 유동하며, 따라서 필터재를 통과하는 물이 제1 매체(4)를 형성하고 제1 매체가 다시 용기(2) 내로 침투하여 미네랄 침전 저감용 제제(3)와 접촉할 때까지 수위(30)가 상승하며, 처리 대상 물이 바람직한 품질로 용기(2)에서 배출되어 출구(35)에서 방수 가능한 상태가 될 수 있도록 제제(3)에 재차 영향을 미칠 수 있다.
이하 가능한 실시예에 대한 추가적인 정보를 제공한다.
특히 난용성 폴리포스페이트염은 이를 둘러싸는 액체의 pH에 따라 용해도가 현저히 달라진다.
하기 표는 상이한 pH 값을 갖는 수중에서 밤 사이에 나타난 난용성 폴리포스페이트염의 용해 거동을 예로서 보여준다.
pH 폴리포스페이트의 농도
4.0 60 mg/l
5.0 10 mg/l
6.0 4 mg/l
7.0 2 mg/l
이 물성은 물 스트림에 대해 표적화된 사전 산성화를 수행함으로써 난용성 착화제, 예컨대 난용성 폴리포스페이트염을 포함하는 장치를 연속적 또는 반연속적으로 통과하는 물 스트림 내의 용해된 착화제, 예컨대 폴리포스페이트의 양을 증가시키기 위해 활용된다. 사전 산성화는 난용성 착화제 또는 난용성 폴리포스페이트염의 용해도를 자연스럽게 증가시킨다.
특정 실시예에서, 물의 스트림은 적어도 두 개의 서브스트림으로 분할되는데, 이 중 적어도 하나는 난용성 착화제, 예컨대 난용성 폴리포스페이트염을 포함하는 장치를 통과하기 전에 산성화된다. 바람직하게는 총 체적 유동의 5% 내지 50%를 구성하는 이 서브스트림은 장치를 통과한 후 다른 서브스트림과 재결합된다. 이로 인해 미네랄, 예컨대 탄산칼슘 침전을 효과적으로 방지하거나 저감하기 위해 연속 처리 도중에도 용해된 착화제, 예컨대 폴리포스페이트의 농도에 표적화된 영향을 미칠 수 있다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 본 장치는 연속 또는 반연속 체적 유동이 중단될 때, 혼합물의 pH가 다시 증가하여 바람직하게는 pH 5.5 내지 pH 7의 범위가 되도록 예컨대 산성화되지 않은 물이 예컨대 용해에 의해 산성화된 물과 결합하여 산성화된 물을 중화함으로써 착화제와 접촉하는 산성화된 물이 중화되도록 구성된다. 이 유형의 자동 제어로 인해 착화제, 예컨대 폴리포스페이트의 초과량의 방출과 최대 허용가능 값의 초과가 장기적인 정체 시간, 예컨대 밤 사이나 주말 동안에도 방지될 수 있다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 산성화된 원수의 공급은 주로 수소 형태인 약산성 양이온 교환제를 통한 서브스트림의 여과에 의해 이루어질 수 있다. 이 교환제의 화학적 성질로 인해, 이 물은 처리량과 거의 상관없이 사용을 위해 지정되는 유동 범위 내에서 3.3 내지 4.5의 pH를 가진다. 산성화된 서브스트림은 폴리포스페이트로 완전히 또는 부분적으로 충전된 다공 피복체(예컨대 탄소 차단 필터)의 다공성 벽을 통해 일측으로부터, 예컨대 방사상으로 도입된다. 동시에 원수 또는 산성화되지 않은 물이 반대측으로부터 도입된다. 연속 작동시 두 체적 스트림의 동시 도입으로 인해 원수 또는 산성화되지 않은 물과 산성화된 물 간의 혼합이 산성화된 물의 진입 구역 및 폴리포스페이트 베드의 영역에서 거의 발생하지 않으며, 그 결과 폴리포스페이트 베드와 접촉하는 물은 가용 접촉 시간 중에 폴리포스페이트의 용해도의 표적화된 증가를 초래할 수 있을 정도로 충분히 저감된 pH를 갖게 된다. 폴리포스페이트로 부화된 산성화된 물이 피복체로부터 배수될 때, 폴리포스페이트로 부화된 산성화된 물은 피복체 내의 산성화되지 않은 물과 혼합되어 바람직한 폴리포스페이트 농도를 갖는 혼합수를 형성한다. 그 결과 난용성 폴리포스페이트의 사용할 때에도 혼합수에 용해된 폴리포스페이트의 만족스러운 농도가 장치의 연속 작동시에 달성된다.
1: 수처리 장치 2: 용기
3: 미네랄 침전 저감용 제제 4: 제1 매체
5: 제2 매체 6: 벽
7: 혼합 공간 8: 축
9, 10, 11, 12: 화살표 13: 출구 스트림
14: 보유 수단 15: 필터 요소
16: 하우징 17: 연결 요소
18: 서브스트림 19: 처리 섹션
20: 서브 스트림 21: 바이패스
22: 도관 연결 헤드
23: 공급 라인 24: 배출 라인
25: 물탱크 26: 연결 요소
27: 여과수 저장 탱크 28: 화살표
29: 보유 수단 30: 수위
31: 보유 수단 32: 도관
33: 여과수 34: 입구 개구
35: 출구 개구 36: 유입

Claims (16)

  1. 물 전달 및/또는 물 가열 가전제품이나 처리 식수를 사용하여 음식 및/또는 음료를 제조하고 조리하는 기기, 예컨대 처리수를 사용하는 음료수 자동판매기, 커피 자동판매기, 제빙기, 요리 및 구이 기기, 스팀 생성기 또는 고압 청소기, 에어컨 등에 급수를 위한 수처리 장치(1)로서, 미네랄 침전을 저감하기 위해 고체 형태로 존재하는 제제(3)를 포함하는 수처리 장치에 있어서,
    상기 미네랄 침전 저감용 제제의 용해 거동에 영향을 미치는 제1 매체(4)가 마련되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미네랄 침전 저감용 제제(3)의 용해 거동에 영향을 미치는 제2 매체(5)가 마련되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 매체(4)와 상기 제2 매체(5)의 혼합 공간(7)이 마련되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 제1 매체의 pH는 상기 미네랄 침전 저감용 제제의 용해도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 항에 있어서, 상기 제2 매체의 pH는 상기 제1 매체와 대조적으로 상기 미네랄 침전 저감용 제제의 용해도를 저감하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 항에 있어서, 상기 제1 매체는 수처리 섹션(19)을 통해 전달되는 처리 대상 물의 제1 서브스트림(18)이고 그리고/또는 상기 제2 매체는 상기 제1 서브스트림과 별도로 전달되는 처리 대상 물의 제2 서브스트림(20)인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 항에 있어서, 상기 제1 매체의 pH는 이온 교환제, 특히 주로 수소 형태로 존재하는 양이온 교환제를 사용함으로써 변화할 수 있는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 항에 있어서, 상기 미네랄 침전 저감용 제제는 포스페이트를 함유하거나 폴리포스페이트인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 항에 있어서, 상기 미네랄 침전 저감용 제제의 용기는 상기 제1 매체를 위한 적어도 하나의 제1 유입로(9, 11)와 상기 제2 매체를 위한 적어도 하나의 제2 유입로(10, 12)를 가지는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 항에 있어서, 상기 미네랄 저감용 제제의 용기는 적어도 그 외측 옆면과 바람직하게는 종단면의 표면까지도 제1 매체 및/또는 제2 매체 또는 이들(4, 5)로부터 형성되는 매체 혼합물과 접촉하도록 필터 요소(15)에 대해 배열되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 항에 있어서, 상기 매체는 미네랄 침전 저감용 제제(3)에 대한 용해도 조절제 및/또는 수중 상기 미네랄 침전 저감용 제제(3)에 대한 농도 조절제로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 항에 있어서, 상기 제2 매체는 음이온 교환제, 특히 약염기성 음이온 교환제인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 항에 있어서, 상기 제2 매체는 pH 증가제, 특히 난용성 염, 예컨대 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘인 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 항에 있어서, 상기 제2 매체는 기체이거나 기체 형태로 작용하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 항에 있어서, 도관 연결 헤드(22)와 교환식 필터 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 항에 있어서, 물탱크(25)가 제공되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
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