KR20140115259A

KR20140115259A - 전기 탈이온 방식의 수처리 장치

Info

Publication number: KR20140115259A
Application number: KR1020140031102A
Authority: KR
Inventors: 문형민; 강상현; 이수영; 조영건; 권태성; 문성민
Original assignee: 코웨이 주식회사
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2014-09-30
Also published as: KR102220165B1

Abstract

본 발명에 따른 전기 탈이온 방식의 수처리 장치는, 전극을 가지는 전기 탈이온 방식의 필터부, 및 필터부로부터 배출되는 배출수를 필터부로 다시 공급하는 제어를 행하는 제어부를 포함하며, 제어부는 전극에 생성된 스케일을 제거하기 위해 배출수를 필터부로 다시 공급하는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 탈이온 방식의 수처리 장치 {ELECTRO DEIONIZATION-TYPE WATER TREATMENT APPARATUS}

본 발명은 전기 탈이온 방식의 수처리 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전기 탈이온 방식의 필터에 발생하는 스케일을 제거하여 스케일의 발생으로 인해 필터의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치에 관한 것이다.

정수기와 같이 원수를 처리하여 정수수를 생성하는 수처리 장치는 현재 다양하게 개시되고 있다. 그런데 최근 EDI(Electro Deionization), CEDI(Continuous Electro Deionization), CDI(Capacitive Deionization)와 같은 전기 탈이온 방식의 수처리 장치가 각광을 받고 있다. 이들 중에서도 가장 각광을 받고 있는 것이 바로 CDI 방식의 수처리 장치이다.

CDI 방식은 전기적인 힘에 의해 전극의 표면에서 이온이 흡착되고 탈착되는 원리를 이용하여 이온(오염물질)을 제거하는 방식을 말한다. 이에 대해서 도 10과 도 11을 참조하여 상술한다. 전극에 전력을 공급한 채로 이온을 포함한 원수를 전극 사이로 통과시키면, 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이 음이온은 양극으로 이동하게 되고, 양이온은 음극으로 이동하게 된다. 즉, 흡착이 일어나게 된다. 이와 같은 흡착으로 원수에 포함된 이온이 제거될 수 있다.

다만, 흡착이 계속되면 전극은 더 이상 이온을 흡착할 수 없게 된다. 이와 같은 경우 도 11에서 도시하고 있듯이 전극에 흡착된 이온들을 탈착시켜 전극을 재생시킬 필요가 있다. 이를 위해 정수 때의 반대 전압을 인가할 수 있다. 탈착 시에 재생수가 생성되어 배출된다.

그런데 염수(원수)에 포함된 칼슘 이온이나 마그네슘 이온 등은 전극에 침착 되면서 스케일을 형성한다. 그러나 이와 같이 스케일이 형성되면 필터는 자기의 성능을 제대로 발휘하기 어렵다. 따라서 전기 탈이온 방식의 필터는 전극에 생성된 스케일을 제거하는 방법을 강구할 필요가 있다.

또한 본 발명자들은 CDI 방식의 수처리 장치와 같은 전기 탈이온 방식의 수처리 장치를 사용함에 따라 필터(보다 정확히는 후술할 전극부분)에 세균이 발생하여 필터의 수명이 감소한다는 사실을 발견했다. 이와 같이 세균이 발생하면 필터의 차압이 증가한다. 이는 정수수의 추출 유량을 감소시킬 뿐만 아니라, 필터의 정수 성능도 악화시킬 수 있다. 따라서 CDI 방식의 수처리 장치를 계속적으로 사용하려면 필터를 살균할 필요가 있다. 그러나 이를 위해 화학물질을 별도로 투입 하는 것은 전극 수명, 이취미(異臭味), 안정성 등에 문제를 발생시킬 여지가 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전기 탈이온 방식의 필터에 발생하는 스케일을 제거하여 스케일의 발생으로 인해 필터의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 다른 과제는 살균물질로서 화학 물질을 별도로 공급할 필요 없이도 살균을 행할 수 있어 세균으로 인해 발생하는 문제를 미연에 방지할 수 있는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 전기 탈이온 방식의 수처리 장치는, 전극을 가지는 전기 탈이온 방식의 필터부, 및 필터부로부터 배출되는 배출수를 필터부로 다시 공급하는 제어를 행하는 제어부를 포함하며, 제어부는 전극에 생성된 스케일을 제거하기 위해 배출수를 필터부로 다시 공급하는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 따른 전기 탈이온 방식의 수처리 장치는 필터부의 전단에 마련되고, 필터부로 공급될 원수에서 살균물질을 생성시켜 필터부의 살균을 위해 살균물질을 필터부로 공급하는 살균부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전기 탈이온 방식의 수처리 장치는, 전극에 발생한 스케일을 제거하기 위해 제어부가 필터부로부터 배출되는 배출수를 필터부로 다시 공급하는 제어를 행하기 때문에, 스케일의 발생으로 인해 필터의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 전기 탈이온 방식의 수처리 장치는, 원수 중의 염소 이온을 염소로 환원시켜 살균물질을 생성시키기 때문에, 살균물질로서 화학물질을 별도로 공급할 필요 없이도 살균을 행할 수 있어 세균으로 인해 발생하는 문제를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있으며, 정수모드와 재생모드가 모두 수행되지 않을 때 전극부로 살균물질을 공급하기 때문에, 차압의 증가를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, TDS 제거율도 대체로 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 수처리 장치의 필터부를 도시하고 있는 사시도
도 2는 도 1의 필터부를 도시하고 있는 분해 사시도
도 3은 도 2의 필터부의 전극부분을 도시하고 있는 분해 사시도
도 4는 도 1의 필터부의 단면을 도시하고 있는 단면도
도 5는 도 1의 필터부가 적용되는 수처리 장치를 개략적으로 도시하고 있는 개략도
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시하고 있는 개략도
도 7은 전극부를 살균하지 않을 때 수처리 장치의 사용기간에 따른 TDS 제거율과 차압을 나타내고 있는 그래프
도 8은 정수모드나 재생모드에 상관없이 전극부로 살균물질을 계속적으로 공급할 때 수처리 장치의 사용기간에 따른 TDS 제거율과 차압을 나타내고 있는 그래프
도 9는 정수모드와 재생모드가 수행되지 않은 채로 소정 시간이 경과될 때마다 전극부로 살균물질을 공급할 때 수처리 장치의 사용기간에 따른 TDS 제거율과 차압을 나타내고 있는 그래프
도 10은 CDI 방식에서 정수가 이루어지는 원리를 설명하고 있는 개념도
도 11은 CDI 방식에서 재생이 이루어지는 원리를 설명하고 있는 개념도

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

본 발명의 실시예 1에 따른 수처리 장치는 EDI, CEDI, CDI와 같은 전기 탈이온 방식의 수처리 장치에 적용된다. 이하에서는 축전식 탈이온(CDI) 방식의 수처리 장치를 예로 들어 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예 1에 따른 수처리 장치는 기본적으로 원수를 정수하여 정수수를 생성하는 필터부(100)를 포함한다. 여기서 필터부(100)는 CDI 방식의 CDI 필터일 수 있다. 보다 구체적으로 필터부(100)는 도 1과 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이 전극부분(110)과 케이스부분(130)을 포함한다. 참고로, 도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 수처리 장치의 필터부를 도시하고 있는 사시도이고, 도 2는 도 1의 필터부를 도시하고 있는 분해 사시도이다.

전극부분(110)은 기본적으로 양극(제1 전극, 111)과 음극(제2 전극, 112)을 포함한다. 보다 구체적으로 전극부분(110)은 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 양극(111)과 음극(112)이 교대로 적층되어 형성된다. 도 3은 도 2의 필터부의 전극부분을 도시하고 있는 분해 사시도이다. 또한 전극부분(110)은 양극(111)과 음극(112)의 사이에 세퍼레이터(113, 스페이서)를 더 포함한다. 세퍼레이터(113)는 양극(111)과 음극(112)의 사이에 간격을 형성한다. 원수는 이와 같은 간격을 통해 양극(111)과 음극(112)의 사이에서 흐를 수 있다. 참고로, 양극(111)과 음극(112)은 집전체에 해당하는 흑연포일(graphite foil)의 양면에 활성탄(activated carbon)을 도포하여 형성될 수 있다. 그리고 전력의 공급을 위해 전극부분(110)에는 외부와 통하는 전극 단자(미도시)가 전기적으로 연결될 수 있다.

전극부분(110)은 케이스부분(130)에 수납된다. 케이스부분(130)은 상부에 개구(132)가 형성되고 내부에 전극부분(110)이 수용되는 하부 케이스(131), 및 하부 케이스(131)의 개구(132)를 밀폐하는 상부 케이스(136)를 포함한다. 본 실시예에 따른 필터부(100)는 하부 케이스(131)의 개구(132)를 통해 전극부분(110)을 하부 케이스(131)의 내부로 삽입한 다음에, 하부 케이스(131)의 개구(132)를 상부 케이스(136)로 밀폐하는 구조를 가진다.

하부 케이스(131)는 측부에 원수가 입수되는 입수구(133)를 가지고 상부 케이스(136)는 상부에 정수수가 출수되는 출수구(137)를 가진다. 따라서 원수는 입수구(133)를 통해 케이스부분(130)의 내부로 공급되어 전극부분(110)을 통해 정수된 다음에 출수구(137)를 통해 케이스부분(130)의 외부로 배출된다. 이때 전극 부분(110)은 정수수를 전극부분(110)의 배출로(115)를 따라 전극부분(110)의 외부로 배출한다. 이때 전극부분(110)의 배출로(115)가 상부 케이스(136)의 출수구(137)와 통하기 때문에, 정수수는 전극부분(110)에서 바로 케이스부분(130)의 외부로 출수될 수 있다.

한편, 필터부(100)의 전극(111, 112)에 스케일이 발생하면 필터부(100)의 성능이 저하된다는 문제가 생긴다. 또한 스케일의 발생은 유량의 저하를 초래하기 때문에 이를 막기 위해 필터를 자주 교체해야 하는 문제도 생긴다. 이는 필터부 (100)의 전극(111, 112)에 오염물질이 축적된 경우에도 마찬가지이다. 본 실시예에 따른 수처리 장치는 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 역세척을 실시하는 제어를 행하는 제어부(미도시)를 더 포함한다. 보다 구체적으로 제어부는 전극(111, 112)에 발생한 스케일을 제거하기 위해 필터부(100)로부터 배출되는 배출수를 필터부(100)로 다시 공급하는 제어를 행한다. (이와 같은 제어를 행하면 오염물질도 제거될 수 있다.) 참고로, 필터부로부터 배출되는 배출수는, 필터부가 작동하고 있을 때에는 정수수일 수 있고, 필터부가 작동하고 있지 않을 때에는 정수되지 않은 원수일 수 있다.

예를 들어, 본 실시예에 따른 수처리 장치는 1) 도 4의 ①과 같이 원수가 필터부(100)로 공급되고, 2) 도 4의 ②와 같이 필터부(100)로부터 배출수가 배출되고, 3) 도 4의 ③과 같이 배출수가 다시 필터부(100)로 공급되고, 4) 도 4의 ④와 같이 배출수가 필터부(100)로부터 다시 배출되는 과정을 통해 전극(111, 112)에 발생한 스케일 등을 제거할 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 수처리 장치는 배출수가 다시 필터부(100)를 흐르면서 전극(111, 112)에 발생한 스케일을 제거할 수 있다. 도 4는 도 1의 필터부의 단면을 도시하고 있는 단면도이다.

그런데 배출수는 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이 필터부(100)에서 원수가 흐르는 방향의 반대 방향으로 필터부(100)에서 흐르는 것이 바람직하다. 즉, 원수가 필터부(100)로 공급되어 정수수가 생성되는 방향이 도 4의 ①과 ②의 방향이라면 배출수가 다시 필터부(100)로 공급되어 스케일이 제거되는 방향은 도 4의 ③과 ④의 방향인 것이 바람직하다. 정수수의 생성을 위해 원수가 흐르는 방향과 스케일의 제거를 위해 배출수가 흐르는 방향이 동일하면, 스케일을 포함한 배출수가 사용자에게 공급될 우려가 있기 때문이다. 또한 스케일은 통상적으로 (출수 쪽과 비교하여) 입수 쪽에 많이 생성되기 때문에 반대 방향으로 배출수가 흐르는 것이 스케일의 제거에 보다 유리하기 때문이다. 다만, 경우에 따라 원수가 필터부(100)로 공급되어 정수수가 생성되는 방향과 배출수가 다시 필터부(100)로 공급되어 스케일이 제거되는 방향이 동일할 수도 있다.

본 실시예에 따른 수처리 장치는 이와 같은 제어를 행하기 위해 도 5에서 도시하고 있는 것과 같은 구조를 가진다. 도 5는 도 1의 필터부가 적용되는 수처리 장치를 개략적으로 도시하고 있는 개략도이다. 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 수처리 장치는, 필터부(100)로 원수를 공급하는 공급부(140), 필터부 (100)에서 생성된 정수수를 사용자에게 취출하는 취출부(150), 및 필터부(100)에서 생성된 재생수를 외부로 배출하는 배출부(160)를 더 포함할 수 있다. 이때 공급부 (140), 취출부(150), 배출부(160)는 필요에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 공급부(140)는 외부로부터 원수를 공급받기 위한 도관일 수 있다. 또한 배출부 (160)는 외부로 재생수를 배출하기 위한 도관일 수 있다. 취출부(150)는 사용자에게 정수수를 공급하기 위한 코크(cock)일 수 있다.

그리고 본 실시예에 따른 수처리 장치는, 공급부(140)에서 필터부(100)로 통하는 유로 중에 설치되는 공급 밸브(171), 공급 밸브(171)와 필터부(100)의 사이에서 외부로 통하는 유로 중에 설치되는 배수 밸브(172), 필터부(100)에서 취출부(150)로 통하는 유로와 필터부(100)에서 배출부(160)로 통하는 유로 가운데 어느 하나를 선택하는 선택 밸브(173), 및 선택 밸브(173)의 하류 중에서 취출부 (150)로 통하는 유로 중에 설치되는 취출 밸브(174)를 더 포함할 수 있다. 이때 공급 밸브(171), 배수 밸브(172), 취출 밸브(174)는 유로를 개폐하는 통상의 밸브일 수 있으며, 선택 밸브(173)는 유로를 전환하는 통상의 2방 밸브(two-way valve)일 수 있다.

이하에서는 이와 같은 구조에서 스케일을 제거하기 위해 제어부가 행하는 제어에 대해 보다 상술한다. 먼저, 제어부는 공급 밸브(171)를 개방하고, 배수 밸브 (172)를 폐쇄하고, 선택 밸브(173)를 통해 필터부(100)에서 취출부(150)로 통하는 유로를 선택하고, 취출 밸브(174)를 폐쇄하는 제1 제어를 행한다. 이와 같은 제1 제어는 대략 1~2초 동안 계속된다. 그런 다음에 제어부는 공급 밸브(171)를 폐쇄하고, 배수 밸브(172)를 개방하는 제2 제어를 행한다. 제1 제어와 제2 제어는 필요에 따라 여러 차례 반복될 수도 있다.

제1 제어를 행하면 원수가 필터부(100)로 계속 공급되기 때문에, 배출수도 일단 취출 밸브(174)를 향해 필터부(100)에서 계속 배출된다. 그러나 취출 밸브 (174)가 폐쇄되어 있기 때문에 배출수는 외부로 배출되지 못한다. 이와 같은 상태가 계속되면 배출수는 필터부(100)와 취출 밸브(174)의 사이에서 압력을 받는 상태에 놓이게 된다. 이와 같은 상태에서 제2 제어를 행하면 배출수는 자연스럽게 배수 밸브(172)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

이와 같이 제1 제어를 소정 시간 동안 행한 다음에 제2 제어를 행하면 배출수는 필터부(100)에서 원수가 흐르는 방향의 반대 방향으로 필터부(100)에서 흐른 다음에 배수 밸브(172)를 통해 외부로 배수될 수 있다. 이와 같은 흐름으로 배출수는 전극(111, 112)에 생성된 스케일 등을 제거할 수 있다.

본 실시예에 따른 수처리 장치는 적은 수의 밸브만으로도 위와 같은 제어를 통해 전극에 대한 역세척을 행할 수 있다. 또한 배출수에 가해진 압력을 이용하여 순간적으로 전극을 세척하기 때문에 역세척에 소모되는 배출수의 양도 많이 줄일 수 있다. 그리고 배출수에 가해진 압력으로 인해 배출수가 매우 빠른 속도로 역방향으로 흐를 수 있기 때문에 세척 효과도 매우 우수하다.

참고로, 본 명세서에서 밸브를 개방한다는 것은 폐쇄된 밸브를 개방한다는 것과 개방된 밸브를 그대로 둔다는 것을 모두 포함한다. 본 명세서에서 밸브를 폐쇄한다는 것도 동일한 취지로 볼 수 있다. 그리고 배수 밸브(172)에서 외부로 통하는 유로는 배수 밸브(172)에서 바로 외부로 통할 수도 있고, 배출부(160)를 거쳐 외부로 통할 수도 있다.

그런데 배출수는 가능한 한 오염물질을 포함하지 않는 것이 스케일의 제거에 바람직하다. 따라서 제1 제어를 행할 때 필터부(100)는 정수수를 생성하는 정수 모드에 있는 것이 바람직하다. 즉, 필터부(100)가 정수 모드에서 양전압이 인가되는 제1 전극과 정수 모드에서 음전압이 인가되는 제2 전극을 구비한다면, 제어부는 제1 제어에서 정수 모드와 동일하게 제1 전극에 양전압을 인가하고 제2 전극에 음전압을 인가하는 것이 바람직하다.

다만, 제어부는 제2 제어에서 제1 전극과 제2 전극에 전압을 인가하지 않는 것이 바람직하다. 제2 제어에서 배출수는 다시 필터부(100)에 흐르면서 스케일을 제거한다. 따라서 제2 제어에서 전극(111, 112)에 전압이 인가되면 스케일의 제거가 방해될 수 있다. 또한 제2 제어에서 전극(111, 112)에 전압이 인가되면 불필요하게 전력이 낭비될 수 있다.

그런데 CDI 필터의 경우 전극을 재생하는 재생 모드에서 전극(111, 112)을 충분하게 재생시킬 필요가 있다. 전극(111, 112)을 충분하게 재생시키지 않으면 다음 정수 모드에서 원수를 충분하게 정수할 수 없기 때문이다. 그런데 제1 제어에서 원수는 정수된 다음에 배출수로서 배출되는 것이 바람직하다는 것은 앞서 살펴본 것과 같다. 이에 따라 제1 제어에서 원수가 충분하게 정수되어 배출되기 위해 제1 제어에 앞서 전극(111, 112)을 재생시키는 것이 바람직하다. 이를 위해 제어부는 공급 밸브(171)를 개방하고, 배수 밸브(172)를 폐쇄하고, 선택 밸브(173)를 통해 필터부(100)에서 배출부(160)로 통하는 유로를 선택하고, 취출 밸브(174)를 폐쇄하는 제3 제어를 제1 제어에 앞서 행할 수 있다.

이때 제1 전극과 제2 전극에는 전압이 인가되지 않을 수도 있다. 그러나 정수 모드에서 제1 전극과 제2 전극에 인가된 전압과 반대되는 전압으로 제1 전극과 제2 전극에 전압을 인가하는 것이 전극(111, 112)의 재생에 보다 바람직하다. 즉, 제1 전극에 음전압을 인가하고 제2 전극에 양전압을 인가하는 것이 전극(111, 112)의 재생에 보다 바람직하다.

한편, 필터부(100)는 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 2개의 CDI 필터(101, 102)를 포함할 수 있다. CDI 방식의 필터는 앞서 살펴본 대로 전극(111, 112)의 재생이 필요하다. 그런데 CDI 방식의 필터가 1개라면 전극(111, 112)의 재생 중에 정수수를 생성할 수 없다. 따라서 전극(111, 112)의 재생과 무관하게 계속적으로 정수수를 생성하기 위해 필터부(100)가 2개의 CDI 필터(101, 102)를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 예를 들어 하나의 CDI 필터가 재생 중일 때 다른 하나의 CDI 필터가 정수를 생성하는 것이 보다 바람직하다. 참고로, 각각의 CDI 필터(101, 102)는 앞서 살펴본 필터부와 동일하게 구성될 수 있다.

이와 같이 필터부(100)가 2개의 CDI 필터(101, 102)를 포함하더라도 제어부는 전술한 제어를 동일하게 행할 수 있다. 즉, 제1 CDI 필터(101)에 생성된 스케일을 제거하려면 제1 CDI 필터(101)에 대해 전술한 제어를 행하면 되고, 제2 CDI 필터(102)에 생성된 스케일을 제거하려면 제2 CDI 필터(102)에 대해 전술한 제어를 행하면 된다.

그런데 이와는 다른 제어를 행하여 전극(111, 112)에 생성된 스케일을 제거할 수도 있다. 예를 들어, 제어부는 제1 CDI 필터(101)에서 배출된 배출수를 제2 CDI 필터(102)로 공급하여 제2 CDI 필터의 전극(111, 112)에 생성된 스케일을 제거할 수 있다. 즉, 제어부는 제1 CDI 필터(101)에서 배출된 배출수가 제2 CDI 필터(102)에서 원수가 흐르는 방향의 반대 방향으로 흐르도록 제어를 행할 수 있다. (이를 위해 밸브나 도관이 더 필요할 수 있다.)

이때에도 제1 CDI 필터(101)에서 배출된 배출수는 가능한 한 오염물질을 포함하지 않는 것이 스케일의 제거에 바람직하다. 따라서 제1 CDI 필터(101)와 제2 CDI 필터(102)가 정수 모드에서 양전압이 인가되는 제1 전극과 정수 모드에서 음전압이 인가되는 제2 전극을 각각 구비한다면, 제어부는 제1 CDI 필터(101)에서 배출된 배출수가 제2 CDI 필터(102)에서 흐를 때, 제1 CDI 필터(101)의 제1 전극에 양전압을 인가하고 제1 CDI 필터(101)의 제2 전극에 음전압을 인가하는 것이 바람직하다. 또한 제어부는 제1 CDI 필터(101)에서 배출된 배출수가 제2 CDI 필터(102)에서 흐를 때, 제2 CDI 필터(102)의 제1 전극과 제2 전극에 전압을 인가하지 않는 것이 바람직하다.

참고로, 본 발명의 실시예 1에 따른 수처리 장치는 다른 필터를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 수처리 장치는 주로 염소물질을 제거하기 위한 선카본 필터(181)나, 주로 냄새를 제거하기 위한 후카본 필터(182)를 더 포함할 수 있다. 선카본 필터와 세디멘트 필터가 복합된 복합 필터가 선카본 필터 자리에 사용될 수도 있다. 세디멘트 필터는 주로 부유물을 제거하기 위한 것이다. 그리고 앞서 살펴본 공급 밸브는 도 5와 다르게 선카본 필터(181)의 전단에 마련될 수도 있다. 또한 공급 밸브가 선카본 필터(181)의 전단에 마련될 때, 배수 밸브는 공급 밸브와 필터부의 사이에서 선카본 필터(181)의 전단과 후단에 각각 마련될 수도 있다.

실시예 2

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 수처리 장치를 개략적으로 도시하고 있는 개략도이다. 도 6에서 도시하고 있듯이 본 발명의 실시예 2에 따른 수처리는 장치는 전술한 실시예 1에 따른 수처리 장치에 비해 살균부(200)를 더 포함한다. 이에 이하에서는 살균부(200)를 중심으로 설명한다.

살균부(200)는 필터부(100, 보다 정확히는 필터부 내의 전극부분)를 살균하기 위해 원수에서 살균물질을 생성시켜 이를 필터부(100)로 공급하는 역할을 한다. 이와 같이 살균물질을 생성시키기 위해 살균부(200)는 원수 중의 염소 이온(Cl^-)을 염소(Cl₂)로 환원시킬 수 있다. 이와 같이 염소 이온을 염소로 환원시키기 위해 살균부(200)는 루테늄 산화물(RuOx)이 코팅된 살균 단자(미도시), 및 살균 단자를 수용하는 살균 케이스(210)를 포함한다. 이에 대해 이하에서 보다 상술한다.

살균 단자에 전력(또는 전류나 전압)이 인가되면 살균 단자의 루테늄 산화물에 의해 원수 중의 염소 이온은 염소로 환원될 수 있다. 원수는 일반적으로 염소 이온을 자체적으로 포함한다. 루테늄 산화물은 염소 이온을 염소로 환원시킬 때 전위차를 낮춰주는 촉매 역할을 한다. 이와 같이 생성된 염소는 원수에 바로 녹아 HOCl(차아염소산)이 될 수 있다. HOCl은 세균을 살균할 수 있는 살균물질로서 혼합 산화제(Mixed Oxidant)이다. 이와 같이 살균부(200)는 원수 중의 염소 이온을 환원시켜 살균물질을 생성시킬 수 있다.

이에 따라 본 실시예에 따른 수처리 장치는 살균물질로서 화학물질을 별도로 공급할 필요 없이 필터부(100)를 살균할 수 있다. 또한 본 실시예에 따른 수처리 장치는 이와 같은 살균을 통해 세균으로 인해 발생하는 문제를 미연에 방지하여 반영구적으로 사용될 수 있다.

살균 단자는 다음과 같이 마련될 수 있다. 우선, 금속 단자에 루테늄을 코팅한다. 그런 다음 금속 단자를 고온에서 가열한다. 이와 같은 가열로 루테늄은 루테늄 산화물로 산화될 수 있다. 이에 따라 금속 단자의 표면에는 대체로 루테늄 산화물이 존재할 수 있다. 여기서 루테늄 대신에 백금이나 이리듐과 같은 백금족 금속을 사용할 수 있다. 그런데 루테늄을 사용하는 것이 가장 효과적이다.

그런데 살균부(200)는 도 6에서 도시하고 있듯이 필터부(100)의 전단에 마련될 수 있다. 이와 같이 살균부(200)를 마련하면 필터부(100)과 무관하게 살균부 (200)를 독립적으로 작동시킬 수 있다. 즉, 살균부(200)를 작동시키면 살균물질을 포함한 원수가 필터부(100)로 공급될 수 있고, 살균부(200)를 정지시키면 살균물질을 포함하지 않는 원수가 필터부(100)로 공급될 수 있다. 이와 같이 살균부(200)를 선택적으로 작동시키면 살균 단자의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한 이와 같이 살균부(200)를 독립적으로 작동시키면 후술할 바와 같이 차압 상승과 같은 세균으로 인한 문제를 해결할 수 있으면서도 TDS(Total Dissolved Solids, 총용존고형물) 제거율을 유지할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 수처리 장치는 정수 모드, 재생 모드 및 살균 모드를 가질 수 있다. 정수 모드는 필터부(100, 보다 정확히는 필터부의 전극부분)에서 원수를 정수하는 모드이고, 재생 모드는 필터부(110)에서 전극(111, 112)을 재생하는 모드이며, 살균 모드는 살균부(200)를 통해 필터부(100)에서 세균을 살균하는 모드이다. 살균 모드를 작동시키기 위해 본 실시예에 따른 수처리 장치는 살균 단자로 공급되는 전력을 제어하는 전력 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.

여기서 전력 제어부(앞서 설명한 실시예 1의 제어부가 전력 제어부의 역할도 겸할 수 있다)는 정수 모드, 재생 모드 및 살균 모드 중에서 살균 모드일 때 살균 단자로 전력을 공급하는 제어를 행하는 것이 보다 바람직하다. 본 출원의 발명자들은, 정수 모드나 재생 모드와 같이 필터부(100)의 작동 중에 HOCl와 같은 살균물질을 필터부(100)으로 공급하면, 전극부분(110)에서 산화철(FeOx) 등이 발생하여 필터부 (100)의 TDS 제거율이 감소한다는 사실을 발견했다. 산화철은 입자 크기가 작기 때문에 공극에 끼여서 전극으로부터 제대로 배출되기 어렵다. 이와 같이 산화철이 배출되지 않으면 전극이 제대로 재생되기 어렵다. 따라서 정수 모드와 재생 모드가 모두 수행되지 않을 때 살균 모드가 수행되는 것이 바람직하다.

다만, 살균 모드를 자주 수행하면 전력의 낭비나 살균 단자의 수명 감소를 초래할 수 있으므로, 살균 모드는 정수 모드와 재생 모드가 모두 수행되지 않은 채로 소정 시간(약 4시간)이 경과된 이후에 수행되는 것이 바람직하다. 이때 소정 시간은 필터부(100)에서 세균이 증식하는 시간에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

한편, 전력 제어부는 원수의 TDS에 따라 살균 모드에서 살균 단자로 공급될 전력의 크기를 결정하는 것이 바람직하다. 원수의 TDS가 높다는 것은 원수 중의 염소 이온의 농도가 높을 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 원수의 TDS가 높으면 살균 모드에서 살균 단자로 공급될 전력의 크기를 낮추는 것이 바람직하다. 전력의 크기가 낮더라도 원수 중의 염소 이온의 농도가 높기 때문에 살균물질이 충분히 생성될 수 있다. 이와 반대로 원수의 TDS가 낮으면 살균 모드에서 살균 단자로 공급될 전력의 크기를 높이는 것이 바람직하다. 여기서 원수의 TDS는 필터 케이스(130)의 전단에 별도로 TDS 센서를 설치하여 측정할 수 있다.

그런데 정수 모드에서 전극(111, 112)에 일정한 전압이 인가되도록 제어하는 경우에는 원수의 TDS에 따라 전극(111, 112)에 흐르는 전류의 크기가 달라진다. 즉, 원수의 TDS가 높으면 전극(111, 112)에 흐르는 전류의 크기도 높아지고, 원수의 TDS가 낮으면 전극(111, 112)에 흐르는 전류의 크기도 낮아진다. 따라서 별도로 TDS 센서를 설치하지 않더라도, 전극(111, 112)에 흐르는 전류의 크기를 기초로 원수의 TDS를 추정할 수 있다. 이에 따라 별도의 TDS 센서가 없더라도, 이와 같이 정수 모드에서 전극(111, 112)에 흐르는 전류의 크기에 따라 살균 모드에서 살균 단자로 공급될 전력의 크기를 결정할 수도 있다.

도 7은 전극부를 살균하지 않을 때, 수처리 장치의 사용기간에 따른 TDS 제거율(TDS Rejection)과 차압(pressure drop)을 나타내고 있는 그래프이다. 전극부를 살균하지 않는다면, 도 7에서 나타내고 있는 바와 같이 필터부(100)에서 세균이 증식하여 차압(출수구와 입수구간의 압력 차이)의 증가를 초래할 수 있으며, 이의 결과로 필터의 수명이 감소할 수 있다.

도 8은 정수 모드나 재생 모드에 상관없이 필터부(100)로 살균물질을 계속적으로 공급할 때, 수처리 장치의 사용기간에 따른 TDS 제거율과 차압을 나타내고 있는 그래프이다. 정수 모드나 재생 모드에 상관없이 필터부(100)로 살균물질을 계속적으로 공급한다면, 도 8에서 나타내고 있듯이 차압의 증가는 억제할 수 있으나 TDS 제거율(결국, 오염물질 제거율)이 감소할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 산화철과 같은 무기성 이온들의 발생에 따른 것이다. 다만, 이와 같이 TDS 제거율이 감소하더라도 차압의 증가를 억제할 수 있다는 점에서 살균물질을 공급하는 것에 의미가 있다.

도 9는 정수 모드와 재생 모드가 수행되지 않은 채로 소정 시간이 경과될 때마다 전극부로 살균물질을 공급할 때, 수처리 장치의 사용기간에 따른 TDS 제거율과 차압을 나타내고 있는 그래프이다. 정수 모드와 재생 모드가 수행되지 않은 채로 소정 시간이 경과될 때마다 전극부로 살균물질을 공급하면, 도 9에서 나타내고 있는 바와 같이 차압의 증가를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, TDS 제거율도 대체로 일정하게 유지할 수 있다.

100: 필터부 110: 전극부분
130: 케이스부분 111: 양극
112: 음극 113: 세퍼레이터
115: 배출로 131: 하부 케이스
133: 입수구 136: 상부 케이스
137: 출수구 140: 공급부
150: 취출부 160: 배출부
171: 공급 밸브 172: 배수 밸브
173: 선택 밸브 174: 취출 밸브
200: 살균부 210: 살균 케이스

Claims

전극을 가지는 전기 탈이온 방식의 필터부; 및
상기 필터부로부터 배출되는 배출수를 상기 필터부로 다시 공급하는 제어를 행하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 전극에 생성된 스케일을 제거하기 위해 상기 배출수를 상기 필터부로 다시 공급하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 필터부에서 원수가 흐르는 방향의 반대 방향으로 상기 배출수가 상기 필터부에서 흐르도록 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 필터부는 원수를 정수하는 정수 모드에서 정수수를 배출하고 전극을 재생하는 재생 모드에서 재생수를 배출하는 CDI 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 CDI 필터로 원수를 공급하는 공급부, 상기 정수수를 사용자에게 취출하는 취출부, 상기 재생수를 외부로 배출하는 배출부, 상기 공급부에서 상기 CDI 필터로 통하는 유로 중에 설치되는 공급 밸브, 상기 공급 밸브와 상기 CDI 필터의 사이에서 외부로 통하는 유로 중에 설치되는 배수 밸브, 상기 CDI 필터에서 상기 취출부로 통하는 유로와 상기 CDI 필터에서 상기 배출부로 통하는 유로 가운데 어느 하나를 선택하는 선택 밸브, 및 상기 선택 밸브의 하류 중에서 상기 취출부로 통하는 유로 중에 설치되는 취출 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제어부는, 상기 공급 밸브를 개방하고, 상기 배수 밸브를 폐쇄하고, 상기 선택 밸브를 통해 상기 CDI 필터에서 상기 취출부로 통하는 유로를 선택하고, 상기 취출 밸브를 폐쇄하는 제1 제어를 소정 시간 동안 유지한 다음에, 상기 공급 밸브를 폐쇄하고, 상기 배수 밸브를 개방하는 제2 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 CDI 필터는 상기 정수 모드에서 양전압이 인가되는 제1 전극과 상기 정수 모드에서 음전압이 인가되는 제2 전극을 구비하며,
상기 제어부는 상기 제1 제어에서 상기 제1 전극에 양전압을 인가하고 상기 제2 전극에 음전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 제어부는 상기 제2 제어에서 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압을 인가하지 않는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제어부는, 상기 공급 밸브를 개방하고, 상기 배수 밸브를 폐쇄하고, 상기 선택 밸브를 통해 상기 CDI 필터에서 상기 배출부로 통하는 유로를 선택하고, 상기 취출 밸브를 폐쇄하는 제3 제어를 상기 제1 제어에 앞서 행하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 CDI 필터는 상기 정수 모드에서 양전압이 인가되는 제1 전극과 상기 정수 모드에서 음전압이 인가되는 제2 전극을 구비하며,
상기 제어부는 상기 제3 제어에서 상기 제1 전극에 음전압을 인가하고 상기 제2 전극에 양전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 CDI 필터는 제1 CDI 필터와 제2 CDI 필터를 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1 CDI 필터에서 배출된 배출수가 상기 제2 CDI 필터에서 원수가 흐르는 방향의 반대 방향으로 흐르도록 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 CDI 필터와 상기 제2 CDI 필터는 상기 정수 모드에서 양전압이 인가되는 제1 전극과 상기 정수 모드에서 음전압이 인가되는 제2 전극을 각각 구비하며,
상기 제어부는 상기 제1 CDI 필터에서 배출된 배출수가 상기 제2 CDI 필터에서 흐를 때, 상기 제1 CDI 필터의 제1 전극에 양전압을 인가하고 상기 제1 CDI 필터의 제2 전극에 음전압을 인가하며, 상기 제2 CDI 필터의 제1 전극과 제2 전극에 전압을 인가하지 않는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 필터부의 전단에 마련되고, 상기 필터부로 공급될 원수에서 살균물질을 생성시켜 상기 필터부의 살균을 위해 상기 살균물질을 상기 필터부로 공급하는 살균부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 살균부는 상기 원수에서 상기 살균물질을 생성시키기 위해 상기 원수 중의 염소 이온(Cl^-)을 염소(Cl₂)로 환원시키는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 살균부는 루테늄 산화물(RuOx)이 코팅되는 살균 단자와, 상기 살균 단자를 수용하는 살균 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 살균 단자로 공급되는 전력을 제어하는 전력 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 15에 있어서,
상기 전력 제어부는, 상기 필터부에서 원수를 정수하는 정수 모드, 상기 필터부에서 전극을 재생하는 재생 모드, 및 상기 필터부에서 세균을 살균하는 살균 모드 중에서 상기 살균 모드일 때, 상기 살균 단자로 전력을 공급하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 살균 모드는 상기 정수 모드와 상기 재생 모드가 모두 수행되지 않은 채로 소정 시간이 경과된 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 전력 제어부는 상기 원수의 TDS(총용존고형물)에 따라 상기 살균 모드에서 상기 살균 단자로 공급될 전력의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 전력 제어부는 상기 정수 모드에서 상기 전극에 일정한 전압이 인가될 때 상기 전극에 흐르는 전류의 크기에 따라 상기 살균 모드에서 상기 살균 단자로 공급될 전력의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기 탈이온 방식의 수처리 장치.