KR20140110668A - 연수화장치, 이를 이용한 세탁기 및 식기세척기 - Google Patents

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Abstract

금속이온을 포함하는 유체가 통과하는 수용공간, 상기 수용공간에 전계를 생성하고 상기 유체에 포함된 상기 금속이온을 흡착하는 복수의 전극을 구비한 축전식 탈이온화부, 상기 수용공간에 마련되어 상기 유체에 포함된 상기 금속 이온을 흡착하는 이온교환수지를 구비한 이온교환식 탈이온화부를 포함하되, 상기 이온교환식 탈이온화부는 상기 축전식 탈이온화부의 하류에 마련된 연수화장치는 축전식 연수화장치와 이온교환식 연수화장치를 일체화함으로써 연수화장치의 연수화 효율을 향상시키고 이온교환수지의 재생 주기를 길게 할 수 있다.

Description

연수화장치, 이를 이용한 세탁기 및 식기세척기{DEIONIZING APPARATUS, WASHING MACHINE AND DISHWASHING MACHINE USING THE SAME}
본 발명은 연수화장치 및 이를 이용한 세탁기 및 식기세척기에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 축전식 탈이온화부와 이온교환식 탈이온화부를 구비한 연수화장치 및 이를 이용한 세탁기 및 식기세척기에 관한 발명이다.
칼슘 이온 내지 마그네슘 이온 등 양의 금속 이온을 다량 포함한 경수는 비누 또는 세제가 제 기능을 발휘하지 못하도록 함으로써 세탁기 내지 식기세척기의 세탁.세척 능력을 저하시킨다.
연수화장치는 이와 같은 경수에 포함된 금속 이온을 제거함으로써 경수를 연수화하는 장치를 의미한다.
연수화장치는 이온과 전극 사이의 정전기적 인력을 이용하여 금속 이온을 흡착하는 축전식 연수화장치, 이온교환수지를 이용하여 금속 이온을 흡착하는 이온교환식 연수화장치 등이 널리 이용된다.
그러나, 축전식 연수화장치는 각각 연수화 효율이 낮아 고농도의 경수를 처리하는데 어려움이 있으며, 이온교환식 연수화장치는 이온교환수지를 재생시키는 것이 번거로운 문제점이 있다.
상술한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면은 연수화 효율을 향상시키고 이온교환수지의 재생 주기를 길게 한 연수화장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 연수화 장치는 금속이온을 포함하는 유체가 통과하는 수용공간, 상기 수용공간에 전계를 생성하고 상기 유체에 포함된 상기 금속이온을 흡착하는 복수의 전극을 구비한 축전식 탈이온화부, 상기 수용공간에 마련되어 상기 유체에 포함된 상기 금속 이온을 흡착하는 이온교환수지를 구비한 이온교환식 탈이온화부를 포함하되, 상기 이온교환식 탈이온화부는 상기 축전식 탈이온화부의 하류에 마련될 수 있다.
또한, 상기 축전식 탈이온화부는 상기 복수의 전극 사이에 전계가 생성되도록 상기 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가하는 직류 전원을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 전극은 상기 수용공간을 복수의 서브 수용공간으로 분할할 수 있다.
또한, 상기 유체가 상기 복수의 서브 수용공간에 분할되어 통과하도록 상기 복수의 서브 수용공간은 병렬로 마련될 수 있다.
또한, 상기 유체가 상기 복수의 서브 수용공간을 모두 통과하도록 상기 복수의 서브 수용공간은 직렬로 마련될 수 있다.
또한, 상기 복수의 전극은 상기 유체가 통과할 수 있는 복수의 유통공을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 전극 각각은 내면에 상기 수용공간에 생성되는 전계를 강화시키는 전계강화층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전계강화층은 펠렛 형태의 강유전체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이온교환수지는 상기 금속이온과의 이온교환을 위한 술폰산나트륨(-SO3Na)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 이온교화수지는 스티렌(styrene)과 디비닐벤젠(DVB)의 혼성 중합체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 세탁기는 수조, 상기 수조 내부에 회전 가능하도록 마련되어 세탁물을 수용하는 드럼, 상기 드럼을 회전시키는 구동모터, 상기 수조에 물을 공급하는 급수부를 포함하되, 상기 급수부는 상기 수용공간에 전계를 생성하고 상기 물에 포함된 상기 금속이온을 흡착하는 복수의 전극을 구비한 축전식 탈이온화부, 축전식 탈이온화부의 하루에 마련되어 상기 물에 포함된 상기 금속 이온을 흡착하는 이온교환수지를 구비한 이온교환식 탈이온화부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 식기세척기는 식기를 세척하는 세척조, 상기 세척조에 물을 공급하는 급수부, 상기 물을 재순환시키거나 외부로 배출하는 섬프를 포함하되, 상기 급수부는 상기 수용공간에 전계를 생성하고 상기 물에 포함된 상기 금속이온을 흡착하는 복수의 전극을 구비한 축전식 탈이온화부, 축전식 탈이온화부의 하루에 마련되어 상기 물에 포함된 상기 금속 이온을 흡착하는 이온교환수지를 구비한 이온교환식 탈이온화부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 축전식 연수화장치와 이온교환식 연수화장치를 일체화함으로써 연수화장치의 연수화 효율을 향상시키고 이온교환수지의 재생 주기를 길게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온화부의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온화부의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한 이온교환식 탈이온화부의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치를 구비한 세탁기를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치를 구비한 식기세척기를 도시한 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치에 대하여 설명하기 앞서 물의 경도, 경수(센물) 및 연수(단물)에 대하여 설명한다.
우선, 물의 경도라 함은 물에 포함된 +2가 양의 금속이온의 농도를 의미한다.
대표적인 +2가 양의 금속이온으로는 칼슘 이온(Ca+2)과 마그네슘 이온(Mg+2)을 들 수 있으며, 그 외에 스트론튬 이온(Sr+2), 2가 철 이온(Fe+2), 망간 이온(Mn+2)이 포함된다.
구체적으로 물의 경도는 물 100밀리리터(milliliter: ml)에 포함된 탄산칼슘(CaCO3)의 양을 기준으로 정하며, 즉 물 100밀리리터에 탄산칼슘이 1밀리그램(milligram: mg)이 포함되어 있는 경우 경도 1도로 정의한다.
경도가 20도 이상인 물 즉 많은 +2가 양의 금속이온을 포함한 물을 경수(hard water) 혹은 센물이라 하며, 경도가 10도 이하인 물 즉 적은 +2가 양의 금속이온을 포함하는 물을 연수(soft water) 혹은 단물이라 한다.
경수 즉 경도가 높은 물은 통상 비누 및 세제의 작용을 방해한다. 구체적으로, 경수에 포함된 다량의 칼슘 이온 및 마그네슘 이온이 비누 및 세제와 반응하여 침전물을 생성한다. 따라서, 비누 및 세제는 물과 섞이지 못하며, 그로 인하여 비누 및 세제는 제 기능을 발휘하지 못 한다.
이와 같이 경수는 비누 및 세제가 제 기능을 발휘하지 못하게 하므로 세탁기 또는 식기세척기에 경수가 이용될 경우, 세탁기 또는 식기세척기 역시 제 기능을 발휘하지 못하게 된다. 따라서, 세탁기 또는 식기세척기 등의 장치에는 경수를 연수화시키는 연수화장치를 마련할 필요가 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치의 외관을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치(100)는 연수화장치(100)의 외관을 형성하는 본체(110), 한 쌍의 전극 사이에 발생되는 전계를 통하여 유체에 포함된 이온을 제거하는 축전식 탈이온화부(120), 이온교환수지를 이용하여 유체에 포함된 이온을 제거하는 이온교환식 탈이온화부(130)를 포함한다.
본체(110)는 박스 형태를 가지며, 본체(110)의 어느 한 면에 마련되는 유체 유입구(111), 유체 유입구(113)가 마련된 면과 대향하는 면에 마련되는 유체 유출구(113)를 포함한다. 연수화하고자 하는 유체는 유체 유입구(111)를 통하여 연수화장치(100)로 유입되어 유체 유출구(113)를 통하여 외부로 유출된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치(100)의 본체(110)는 박스 형태를 가지고 있으나 이에 한정되지 않으며, 원기둥 또는 타원형의 기둥의 형태를 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치(100)는 유체 유입구(111)와 유체 유출구(113)는 본체(110)의 대향하는 면에 각각 마련되나, 이에 한정되는 것은 아니며 유체 유입구(111)와 유체 유출구(113)가 본체(1100의 같은 면에 마련되거나 유체 유입구(111)와 유체 유출구(113)가 본체(110)의 서로 인접하는 면에 각각 마련될 수 있다.
축전식 탈이온화부(120)는 유체 유입구(111) 측에 마련되며, 이온교환식 탈이온화부(130)는 유체 유출구(113)에 마련된다. 즉, 유체의 흐름을 기준으로 축전식 탈이온화부(120)는 이온교환식 탈이온화부(130)에 비하여 상류 측에 위치하여, 유체 유입구(111)를 통하여 유입된 유체는 축전식 탈이온화부(120)에 의하여 탈이온화된 후 이온교환식 탈이온화부(130)에 의하여 탈이온화된다.
축전식 탈이온화부(120) 및 이온교환식 탈이온화부(130)에 대하여는 아래에서 자세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온화부의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도 3(a)는 축전식 탈이온화부(120)가 유체를 탈이온화시키는 경우를 도시한 도면이며, 도 3(b)는 축전식 탈이온화부(120)가 재생하는 경우를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치(100)에 포함된 축전식 탈이온화부(120)는 한 쌍의 전극(121, 123), 한 쌍의 전극(121, 123)의 사이에 마련되어 유체를 통과하는 수용공간(127), 한 쌍의 전극(121, 123) 사이에 전계를 발생시키는 직류 전원(125)를 포함한다.
한 쌍의 전극(121, 123)는 탈이온화시를 기준으로 직류 전원(125)의 양(+)의 단자와 연결되는 양의 전극(121)과 직류 전원(125)의 음(-)의 단자와 연결되는 음의 전극(123)을 포함한다. 한 쌍의 전극(121, 123)은 이온의 침투 및 확산이 빠르게 일어나도록 다공성 탄소전극을 채용할 수 있다.
직류 전원(125)은 양의 전극(121)와 음의 전극(123) 사이에 전계를 발생시키기 위하여 양의 전극(121)과 음의 전극(123) 사이에 전위차를 생성한다. 즉, 직류 전원(125)은 음의 전극(123)을 기준으로 양의 전극(121)에 1.5V 내지 1.6V의 전압을 인가한다.
우선, 축전식 탈이온화부(120)를 통하여 경수를 탈이온화하는 것에 대하여 설명한다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극(121, 123) 사이에 전압이 인가되면 양의 전극(121)으로부터 음의 전극(123)을 향하여 전계가 생성된다. 이와 같이 생성된 전계에 의하여 수용공간(127)을 통과하는 경수에 포함된 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 나트륨 이온 등의 양이온은 음의 전극(123)를 향하여 이동하다가 결국 음의 전극(123)에 흡착된다. 또한, 염소 이온(Cl), 탄산 이온(CO3) 등의 음이온은 양의 전극(121)을 향하여 이동하다가 결국 양의 전극(121)에 흡착된다. 흡착된 양이온 및 음이온은 각각의 전극(121, 123)과의 정전기적 인력에 의하여 쉽게 떨어지지 않는다.
다음으로, 축전식 탈이온화부(120)의 한 쌍의 전극(121, 123)에 흡착된 양이온 및 음이온을 탈착시키는 것에 대하여 설명한다.
한 쌍의 전극(121, 123)을 통하여 지속적으로 탈이온화를 수행할 경우, 전극에 부착된 이온으로 인하여 탈이온화의 효율이 낮아질 수 있다. 즉, 양의 전극(121)에 부착된 음이온 및 음의 전극(123)에 부착된 양이온으로 인하여 한 쌍의 전극(121, 123) 사이의 전계가 작아질 수 있으며, 이로 인하여 전극(121, 123)에 부착되는 이온의 수가 적어질 수 있다. 이러한 경우, 적절한 시기에 전극(121, 123)에 부착된 이온을 탈착시킬 필요가 있다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극(121, 123)에 탈이온화를 수행할 때와 반대의 전압을 인가하면 각각의 전극(121, 123)에 흡착된 양이온 및 음이온을 탈착시킬 수 있다.
구체적으로, 양의 전극(121)에 직류 전원(125)의 음의 단자를 연결하고, 음의 전극(123)에 직류 전원(125)의 양의 단자를 연결하면, 양의 전극(121)에는 음전하가 축적되면, 양의 전극(121)에 축적된 음전하와 양의 전극(121)에 흡착된 음이온 사이의 척력에 의하여 양의 전극(121)으로부터 음이온이 탈착된다. 또한, 음의 전극(123)에 축적된 양전하와 음의 전극(123)에 흡착된 양이온 사이의 척력에 의하여 음의 전극(123)으로부터 양이온이 탈착된다. 이와 같이 제거된 양이온 및 음이온은 수용공간(127)을 통과하는 유체와 함께 외부로 배출됨으로써 제거된다.
상술한 바와 같이 축전식 탈이온화부(120)는 두개의 모드로 동작한다. 우선 유체에 포함된 한 쌍의 전극을 이용하여 양의 금속이온을 제거하기 위한 탈이온화모드와 탈이온화모드에서 한 쌍의 전극에 흡착된 양이온 및 음이온을 탈착시키기 위한 재생모드로 동작할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 의한 축전식 탈이온화부의 예를 도시한 도면이다.
도 4a는 축전식 탈이온화부의 제1 적용예를 도시한 도면으로, 도 4a를 참조하면 축전식 탈이온화부(120)는 축전식 탈이온화부(120)의 외관을 형성하는 축전식 탈이온화부 본체(129), 음 또는 양의 전기적 성질을 갖는 복수의 전극(121a~121c, 123a~123c), 복수의 전극(121a~121c, 123a~123c) 사이에 마련되어 유체가 통과하는 복수의 수용공간(127a~127e), 복수의 전극(121a~121c, 123a~123c)에 전하를 공급하는 직류 전원(125)를 포함한다.
축전식 탈이온화부 본체(129)는 유체가 축전식 탈이온화부(120)로 유입되는 축전식 탈이온화부 유입구(129a) 및 유체가 유출되는 축전식 탈이온화부 유출구(129b)를 포함한다.
복수의 전극(121a~121c, 123a~123c)은 도 4a에 도시된 바와 같이 복수의 음의 돌기(123a~123c)와 복수의 양의 돌기(121a~121c)가 교대로 위치하며, 유체가 통과하는 복수의 수용공간(127a~127e)이 병렬로 배치된다. 즉, 제1 음의 전극(123a)과 제1 양의 전극(121a) 사이에는 제1 수용공간(127a)이 마련되며, 제1 양의 전극(121a)과 제2 음의 전극(123b) 사이에는 제2 수용공간(127b)이 마련되며, 제2 음의 전극(121b)과 제2 양의 전극(123b) 사이에는 제3 수용공간(127c)이 마련된다. 또한, 제2 양의 전극(121b)과 제3 음의 전극(123c) 사이에는 제4 수용공간(127d)가 마련되며, 제3 음의 전극(123c)과 제3 양의 전극(121c) 사이에는 제5 수용공간(127e)이 마련된다.
복수의 수용공간(127a~127e)은 서로 병렬로 연결된다. 그로 인하여 축전식 탈이온화부 유입구(129a)를 통하여 유입된 유체는 복수의 수용공간(127a~127e) 중 어느 하나의 수용공간을 통과하여 축전식 탈이온화부 유출구(129b)를 통하여 유출된다.
이와 같이, 축전식 탈이온화부(120) 내부에서 유체는 복수의 수용공간(127a~127e)으로 분할되어 통과하므로 유체의 처리 속도가 빠르다.
도 4d는 축전식 탈이온화부의 제2 적용예를 도시한 도면으로, 도 4b를 참조하면 축전식 탈이온화부(120)는 축전식 탈이온화부(120)의 외관을 형성하는 축전식 탈이온화부 본체(129), 음 또는 양의 전기적 성질을 갖는 한 쌍의 전극(121, 123), 한 쌍의 전극(121, 123) 사이에 마련되어 유체가 통과하는 복수의 수용공간(127a~127f), 한 쌍의 전극(121, 123)에 전하를 공급하는 직류 전원(125)를 포함한다.
축전식 탈이온화부 본체(129)는 유체가 축전식 탈이온화부(120)로 유입되는 축전식 탈이온화부 유입구(129a) 및 유체가 유출되는 축전식 탈이온화부 유출구(129b)를 포함한다.
한 쌍의 전극(121, 123)은 각각 복수의 돌기를 포함한다. 구체적으로, 양의 전극(121)은 제1 양의 돌기(121a), 제2 양의 돌기(121b), 제3 양의 돌기(121c)를 포함하고, 음의 전극(123)은 제1 음의 돌기(123a), 제2 음의 돌기(123b), 제3 음의 돌기(123c)를 포함한다.
복수의 돌기(121a~121c, 123a~123c)는 도 4b에 도시된 바와 같이 복수의 음의 돌기(123a~123c)와 복수의 양의 돌기(121a~121c)가 교대로 위치하며, 복수의 돌기(121a~121c, 123a~123c) 사이에는 복수의 수용공간(127a~127e)이 마련된다. 구체적으로, 제1 수용공간(127a)는 제1 음의 돌기(123a)와 제1 양의 돌기(121a) 사이에 마련되고, 제2 수용공간(127b)은 제1 양의 돌기(121a)와 제2 음의 돌기(121b) 사이에 마련되며, 제3 수용공간(127c)은 제2 음의 돌기(121b)와 제2 양의 돌기(121b) 사이에 마련된다. 또한, 제4 수용공간(127d)은 제2 양의 돌기(121b)와 제3 음의 돌기(123c) 사이에 마련되고, 제5 수용공간(127e)은 제3 음의 돌기(123c)와 제3 양의 돌기(121c) 사이에 마련된다.
복수의 수용공간(127a~127f)는 서로 직렬로 연결된다. 그로 인하여 유입구(129a)를 통하여 유입된 유체는 복수의 수용공간(127a~127e)을 모두 통과한다. 구체적으로, 축전식 탈이온화부 유입구(129a)로 유입된 유체는 제1 수용공간(127a) 내지 제5 수용공간(127e)를 통과하여 축전식 탈이온화부 유출구(129b)로 유출된다.
이와 같이, 축전식 탈이온화부(120) 내부에서 유체는 복수의 수용공간(127a~127e)을 모두 통과하므로 유체의 탈이온화 효율이 높아진다.
도 4c는 축전식 탈이온화부의 제3 적용예를 도시한 도면으로, 도 4c를 참조하면 축전식 탈이온화부(120)는 복수의 전극(121a~121c, 123a~123c) 및 직류 전원(미도시)을 포함한다.
복수의 전극(121a~121c, 123a~123c)은 복수의 음의 전극(123a~123c)과 복수의 양의 전극(121a~121c)이 교대로 위치한다. 또한, 복수의 전극(121a~121c, 123a~123c)은 메쉬 형태를 갖거나 복수의 유통공을 포함하여 유체가 복수의 전극(121a~121c, 123a~123c)을 통과할 수 있도록 한다.
유체가 복수의 전극과 평행하게 통과하는 도 4a에 도시된 탈이온화부(120) 및 도 4b에 도시된 탈이온화부(120)와 달리, 도 4c에 도시된 탈이온화부(120)는 유체가 복수의 전극(121a~121c, 123a~123c)을 수직으로 통과한다. 즉, 유체가 음의 전극(123a~123c)을 통과할 때에는 유체에 포함된 양이온이 전극에 흡착되며, 유체가 양의 전극(121a~121c)을 통과할 때에는 유체에 포함된 음이온이 전극에 흡착된다.
도 4d는 축전식 탈이온화부의 제4 적용예를 도시한 도면으로, 도 4d를 참조하면, 축전식 탈이온화부(120)는 유체가 통과하는 수용공간(127), 수용공간(127)에 전계를 생성하는 한 쌍의 전극(121, 123), 수용공간(127)에 형성되는 전계를 강화시키는 전계강화층(122), 한 쌍의 전극(121, 123)에 전압을 공급하는 직류 전원(125)을 포함한다.
한 쌍의 전극(121, 123)은 탈이온화 수행시 직류 전원(125)의 양의 단자와 연결되는 양의 전극(121)과 탈이온화 수행시 직류 전원(125)의 음의 단자와 연결되는 음의 전극(123)를 포함한다.
전계강화층(122)는 한 쌍의 전극(121, 123) 내면에 마련되며, 펠렛(pellet) 타입의 강유전체로 구성될 수 있다. 강유전체는 전기적으로 절연체인 유전체의 일종으로, 자발분극(spontaneous polarization)될 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 자발분극이 전기장에 의하여 역전(polarization reversal)될 수 있다.
이와 같은 강유전체(122)의 자발분극 특성을 이용하면 수용공간(127)에 강한 전계를 생성할 수 있다. 즉, 강유전체(122) 내부에 음의 전극(123)으로부터 양의 전극(121)으로 전계가 생성되도록 강유전체(122)를 자발분극시킨 후 양의 전극(121)으로부터 음의 전극(123)으로 전계를 생성하면, 강유전체(122) 내부에 생성된 반대 방향의 전계를 보상하기 위하여 수용공간(127)의 전계는 더욱 강화된다.
다시 말해, 강유전체(122)에 의하여 수용공간(127)의 전계가 강화되며, 그로 인하여 수용공간(127)을 통과하는 유체 내부의 이온이 더 쉽게 한 쌍의 전극에 부착될 수 있다. 즉, 축전식 탈이온화부(120)의 탈이온화의 효율이 증가한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한 이온교환식 탈이온화부의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
이온교환식 탈이온화부(130)의 구성을 도시한 도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 이온교환식 탈이온화부(130)는 이온교환식 탈이온화부(130)의 외관을 형성하는 이온교환식 탈이온화부 본체(131), 본체(131)의 일측에 마련된 이온교환식 탈이온화부 유입구(131a) 및 이온교환식 탈이온화부 유입구(131a)의 대향면에 마련된 이온교환식 탈이온화부 유출구(131b), 이온교환식 탈이온화부 본체(131)의 내부에 마련된 이온교환수지(133)를 포함한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 다량의 칼슘 이온 또는 다량의 마그네슘 이온을 포함하는 경수가 이온교환식 탈이온화부 유입구(131a)로 유입되면 경수와 이온교환수지(133) 사이에 이온교환이 이루어지고, 소량의 칼슘 이온 및 마그네슘 이온을 포함하는 연수가 이온교환식 탈이온화부 유출구(131b)로 유출된다.
이온교환수지(133)는 미세한 3차원 구조의 고분자에 이온교환기(functional group)를 결합시킨 것으로 극성 또는 비극성 용액 중에 녹아 있는 이온성 불순물을 교환 정제하여 주는 고분자 물질이다. 즉, 이온교환수지(133)가 가지고 있는 가용 이온(나트륨 이온 또는 수소 이온)을 유체에 포함된 다른 이온과 치환하여 주는 합성수지를 의미한다.
이온교환수지(133)는 고분자 모체와 이온교환기로 구성되며, 고분자 모체의 표면에 이온교환 기능을 가진 이온교환기가 골고루 분포되어 있다. 이온교환수지(133)의 모체로는 스티렌(styrene)과 디비닐벤젠(DVB)의 혼성 중합체가 널리 이용된다.
이온교환수지(133)는 이온교환기의 종류에 따라 유체 내의 양이온을 이온교환하는 양이온교환수지와 음이온을 이온교환하는 음이온교환수지로 구분할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치(100)는 양의 금속이온을 탈이온화하기 위한 장치이므로 이하에서는 양이온교환수지에 대하여 설명한다.
양이온교환수지는 이온교환기로써 술폰산기(-SO3H) 또는 카르복시기(-COOH) 등을 이용할 수 있다. 술폰산기 또는 카르복시기에서 수소 이온(H+)과 나트륨 이온, 칼슘 이온, 마그네슘 이온이 이온교환될 수 있다.
양이온교환수지를 이용하여 저농도의 이온수용액을 처리하는 경우 이온의 선택적 흡착성은 이온의 원자가가 높을수록 크다. 예를 들어, 원자가가 +1인 나트륨 이온 보다나 원자가가 +2가인 칼슘 이온이 양이온교환수지에 흡착이 잘되며, 원자가가 +3인 알루미늄 이온이 칼슘 이온에 비하여 양이온교환수지에 흡착이 잘된다.
또한, 원자가가 같은 경우에는 원자번호가 높을수록 양이온교환수지에 흡착이 잘된다. 예를 들어, 원자번호가 12인 마그네슘 이온에 비하여 원자번호 20인 칼슘 이온이 양이온교환수지에 흡착이 잘된다.
수소 이온, 나트륨 이온, 마그네슘 이온, 칼슘 이온을 비교하면, 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 나트륨 이온, 수소 이온 순으로 양이온교환수지에 대한 선택적 흡착성이 크다. 양이온교환수지에 선택적 흡착성이 낮은 이온이 결합되어 있을 때, 양이온교환수지에 선택적 흡착성이 높은 이온의 용액을 통과시키면 용액에 녹아 있는 이온과 양이온교환수지에 결합된 이온 사이에 이온교환이 발생한다. 예를 들어, 나트륨 이온이 결합된 양이온교환수지에 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온을 포함한 용액을 통과시키면 양이온교환수지의 나트륨 이온과 용액의 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온 사이에 이온교환이 이루어진다.
다만, 고농도의 이온수용액의 경우에는 선택적 흡착성의 차이가 작아지거나 역전될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이온교환식 탈이온화부(130)는 이온교환수지(133)의 고분자 모체로써 스티렌과 디비닐벤젠의 혼성 중성체를 채용하고, 이온교환기로서 술폰산 나트륨(-SO3Na)을 채용할 수 있다.
이온교환식 탈이온화부(130)에서 이온교환이 이루어지는 과정을 도시한 도 5b를 참조하면, 도 5b의 (a)에 도시된 바와 같이 이온교환식 탈이온화부(130)의 이온교환수지(133)에는 나트륨 이온(Na+1)이 결합되어 있다. 즉, 이온교환기로써 술폰산 나트륨을 채용하였다.
이때, 도 5b의 (b)d에 도시된 바와 같이, 이온교환식 탈이온화부 유입구(131a)를 통하여 다량의 칼슘 이온 또는 다량의 마그네슘 이온을 포함하는 유체가 유입되면 이온교환수지(133)의 나트륨 이온과 다량의 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온 사이에 이온교환이 이루어진다. 상술한 바와 같이 원자가가 높은 이온일수록 이온교환수지에 대한 선택적 흡착성이 크므로 경수에 포함된 칼슘 이온(원자가: +2)과 이온교환수지(133)의 나트륨 이온(원자가:+1) 사이에 이온교환이 이루어진다.
이후, 도 5b의 (c)에 도시된 바와 같이, 이온교환된 나트륨 이온은 유체와 함께 이온교환식 탈이온화부 유출구(131b)를 통하여 배출된다.
이와 같이 유체에 포함된 칼슘 이온 내지 마그네슘 이온은 이온교환수지에 흡착되며, 이온교환수지의 나트륨 이온은 유체와 함께 배출된다.
다음으로, 이온교환식 탈이온화부(130)의 이온교환수지(133)에 흡착된 금속 이온(칼슘 이온 또는 마그네슘 이온)을 탈착시키는 것에 대하여 설명한다.
이온교환수지(133)를 통하여 지속적으로 탈이온화를 수행할 경우, 이온교환수지(133) 가운데 이온교환이 이루어지지 않은 이온교환수지(133) 즉 나트륨 이온과 결합된 이온교환수지(133)의 농도는 점점 낮아지며 그로 인하여 이온교환수지를 이용한 탈이온화의 효율은 점점 낮아진다.
이와 같은 경우, 과량의 나트륨 이온을 포함하는 유체를 이온교환식 탈이온화부(130)에 통과시킴으로써 이온교환수지(133)를 재생시킬 수 있다. 이미 설명한 바와 같이 고농도의 이온을 포함한 이온수용액의 경우 이온교환수지에 대한 선택적 흡착성이 달라질 수 있다. 즉, 이온교환수지(133)에 과량의 나트륨 이온을 포함한 유체를 통과시키면 이온교환수지에 결합된 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온과 유체에 포함된 나트륨 이온 사이에 이온교환이 이루어진다.
그로 인하여 나트륨 이온이 결합된 이온교환수지(133)의 농도가 점점 높아지며, 탈이온화의 효율이 점점 높아진다.
이와 같이 이온교환식 탈이온화부(130)는 탈이온화 모드와 재생 모드의 2개 모드로 동작할 수 있다. 탈이온화 모드에서는 경수를 이온교환식 탈이온화부(130)에 통과시켜 경수에 포함된 칼슘 이온 및 마그네슘 이온을 흡착시키고, 재생 모드에서는 과량의 나트륨 이온이 포함된 용액을 이온교환식 탈이온화부(130)에 통과시켜 흡착된 칼슘 이온 및 마그네슘 이온을 탈착시킨다.
이와 본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치(100)는 축전식 탈이온화부(120)와 이온교환식 탈이온화부(130)를 마련하되, 축전식 탈이온화부(120)를 이용하여 유체에 포함된 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온을 1차로 흡착시킨 후 이온교환식 탈이온화부(130)를 이용하여 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온을 2차로 흡착시킴으로써 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온의 흡착 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이온교환식 탈이온화부(130)를 단독으로 사용할 때에 비하여 이온교환수지(133)를 재생시키기 위한 재생 주기를 길게 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치를 구비한 세탁기를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 세탁기(200)는 그 외관을 형성하는 세탁기 본체(210), 세탁행정 또는 헹굼행정에 사용될 물을 수용하는 수조(220), 수조(220) 내에 회전 가능하게 마련되고 세탁물을 수용하는 드럼(230), 드럼(230)를 회전시키는 구동모터부(240), 수조(220)의 위에 마련되어 수조(220)에 물을 공급하는 급수부(250), 수조(220)의 아래에 마련되어 세탁행정 또는 헹굼행정에 이용된 물을 외부로 배출하는 배수부(260), 수조(220)의 위에 마련되어 드럼(230) 내부의 공기를 건조 가열하는 건조부(270), 수조(220)의 위에 마련되어 세탁행정 또는 헹굼행정시 드럼(230)에 세제 또는 헹굼제를 공급하는 세제공급부(280)를 포함한다.
급수부(250)는 외부 급수원(미도시)과 세제공급부(280)를 연결하는 급수관(251), 급수관(251) 상에 마련되어 급수관(251)을 개폐하는 급수밸브(252), 급수원(미도시)으로부터 공급된 물을 탈이온화시키는 연수화장치(100)를 포함한다.
연수화장치(100)는 상술한 바와 같이 축전식 탈이온화부(120)와 이온교환식 탈이온화부(130)를 포함하며, 급수원(미도시)으로부터 공급된 물에 포함된 칼슘 이온 내지 마그네슘 이온을 흡착한다.
세제공급부(280)는 급수관(251)를 통하여 급수부(250)와 연결되며, 그 하부에 연결된 연결관(253)를 통해 수조(220)와 연결된다. 또한, 세제공급부(280)는 그 내부에 저장된 세제 또는 헹굼제를 급수부(250)로부터 공급된 물과 함께 연결관(253)을 통하여 수조(220)에 공급한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치(100)를 구비한 세탁기(200)는 급수원(미도시)을 통하여 다량의 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온을 포함한 경수가 공급되더라도 연수화장치(100)를 이용하여 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온을 탈이온화시킴으로써 세탁기(200)의 세탁 능력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치를 구비한 식기세척기를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 식기세척기(300)는 그 외관을 형성하는 식기세척기 본체(310), 식기세척기 본체(310)의 내부에 마련되어 식기를 세척하는 세척조(320), 세척조(320) 내부에 마련되어 세척되는 식기를 수용하는 렉(321), 세척조(320)의 후방에 마련되어 세척조(320)에 물을 공급하는 급수부(330), 세척조(320)의 하부에 마련되어 식기 세척에 이용된 물을 재순환시키거나 배출시키는 섬프(340)를 포함한다.
급수부(330)는 외부 급수원(미도시)과 세척조(320)를 연결하는 급수관(331), 급수관(331) 상에 마련되어 급수관(331)을 개폐하는 급수밸브(333), 급수원(미도시)으로부터 공급된 물을 탈이온화시키는 연수화장치(100)를 포함한다.
연수화장치(100)는 상술한 바와 같이 축전식 탈이온화부(120)와 이온교환식 탈이온화부(130)를 포함하며, 급수원(미도시)으로부터 공급된 물에 포함된 칼슘 이온 내지 마그네슘 이온을 흡착한다.
섬프(340)는 급수부(330)를 통하여 세척조(320)로 공급된 물을 저장하는 섬프 챔버(341)를 포함하며, 섬프 챔버(341)에 저장된 물을 재순환시키기 위하여 섬프 챔버(341)에 저장된 물을 순환시키는 순환펌프(341), 순환된 물을 식기를 향하여 분사하는 노즐(344), 순환펌프(341)와 노즐(344)을 연결하는 순환관(343)을 포함한다. 또한, 섬프 챔버(341)에 저장된 물을 배출시키기 위하여 섬프 챔버(341)에 저장된 물을 배출시키는 배수펌프(345), 배수펌프(345)에 의하여 배출되는 물을 외부로 안내하는 배수관(346)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연수화장치(100)를 구비한 식기세척기(300)는 급수원(미도시)을 통하여 다량의 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온을 포함한 경수가 공급되더라도 연수화장치(100)를 이용하여 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온을 탈이온화시킴으로써 식기세척기(300)의 세척 능력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상으로부터 개별적으로 이해되어져서는 아니될 것이다.
100: 연수화장치 120: 축전식 탈이온화부
130: 이온교환식 탈이온화부 200: 세탁기
250: 급수부 300: 식기세척기
330: 급수부 340: 섬프

Claims (12)

  1. 금속이온을 포함하는 유체가 통과하는 수용공간;
    상기 수용공간에 전계를 생성하고 상기 유체에 포함된 상기 금속이온을 흡착하는 복수의 전극을 구비한 축전식 탈이온화부;
    상기 수용공간에 마련되어 상기 유체에 포함된 상기 금속 이온을 흡착하는 이온교환수지를 구비한 이온교환식 탈이온화부를 포함하되,
    상기 이온교환식 탈이온화부는 상기 축전식 탈이온화부의 하류에 마련되는 것인 연수화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축전식 탈이온화부는 상기 복수의 전극 사이에 전계가 생성되도록 상기 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가하는 직류 전원을 더 포함하는 것인 연수화장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 상기 수용공간을 복수의 서브 수용공간으로 분할하는 것인 연수화장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유체가 상기 복수의 서브 수용공간에 분할되어 통과하도록 상기 복수의 서브 수용공간은 병렬로 마련되는 것인 연수화장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 유체가 상기 복수의 서브 수용공간을 모두 통과하도록 상기 복수의 서브 수용공간은 직렬로 마련되는 것인 연수화장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 상기 유체가 통과할 수 있는 복수의 유통공을 포함하는 것인 연수화장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 전극 각각은 내면에 상기 수용공간에 생성되는 전계를 강화시키는 전계강화층을 포함하는 것인 연수화장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전계강화층은 펠렛 형태의 강유전체를 포함하는 것인 연수화장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이온교환수지는 상기 금속이온과의 이온교환을 위한 술폰산나트륨(-SO3Na)을 포함하는 것인 연수화장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 이온교화수지는 스티렌(styrene)과 디비닐벤젠(DVB)의 혼성 중합체를 더 포함하는 것인 연수화장치.
  11. 수조;
    상기 수조 내부에 회전 가능하도록 마련되어 세탁물을 수용하는 드럼;
    상기 드럼을 회전시키는 구동모터;
    상기 수조에 물을 공급하는 급수부를 포함하되,
    상기 급수부는 상기 수용공간에 전계를 생성하고 상기 물에 포함된 상기 금속이온을 흡착하는 복수의 전극을 구비한 축전식 탈이온화부, 축전식 탈이온화부의 하루에 마련되어 상기 물에 포함된 상기 금속 이온을 흡착하는 이온교환수지를 구비한 이온교환식 탈이온화부를 포함하는 것인 세탁기.
  12. 식기를 세척하는 세척조;
    상기 세척조에 물을 공급하는 급수부;
    상기 물을 재순환시키거나 외부로 배출하는 섬프를 포함하되,
    상기 급수부는 상기 수용공간에 전계를 생성하고 상기 물에 포함된 상기 금속이온을 흡착하는 복수의 전극을 구비한 축전식 탈이온화부, 축전식 탈이온화부의 하루에 마련되어 상기 물에 포함된 상기 금속 이온을 흡착하는 이온교환수지를 구비한 이온교환식 탈이온화부를 포함하는 것인 식기세척기.
KR1020130025360A 2013-03-09 2013-03-09 연수화장치, 이를 이용한 세탁기 및 식기세척기 KR20140110668A (ko)

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