KR20150039546A

KR20150039546A - 연수 장치 및 이를 포함하는 세척 장치

Info

Publication number: KR20150039546A
Application number: KR20140006673A
Authority: KR
Inventors: 임창배; 박희진; 정인조; 하마나카 가츠히코
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2015-04-10

Abstract

상대적으로 간편하고 저렴하게 구현 가능한 전기 화학적 연수 장치 및 이를 포함하는 세척 장치를 제공하고자 한다. 개시된 발명은 이온 교환이 완료된 제올라이트 복합체를 전기 화학적 방법으로 발생시킨 수소 이온(H+)으로 재생시켜 반복 사용하도록 하고, 재 연수 시 발생되는 수소 이온(H+)이 미생물 및 스케일 성분에 의한 오염 제거에 이용되도록 한다.
일 실시 예에 따른 연수 장치는 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 발생시키는 재생부 및 재생수를 공급받아 재생되는 이온 교환체를 포함하며, 경도 성분을 포함하는 원수를 수소 이온(H+)을 포함하는 연수로 변환하는 연수부를 포함한다.
　
　

Description

연수 장치 및 이를 포함하는 세척 장치 { SOFTENING APPARATUS AND WASHING MACHINE INCLUDING THE SAME }

본 발명은 세척 장치에 관한 것으로, 연수와 세척(살균, 스케일 제거 등)을 동시에 구현하도록 하는 연수 장치를 포함하는 세척 장치에 관한 발명이다.

물을 이용한 가전기기(세탁기, 식기세척기 등) 에서 비극성 오염물질 제거를 위한 세제 사용시 물의 경도로 인한 세정 성능 감소, 물에서 증식 가능한 미생물에 의한 오염 및 스케일 성분에 의한 오염과 같은 문제점이 수반될 수 있다.

물의 경도로 인한 세정 성능 감소의 경우, 이를 해결하기 위해 히터로 가열하여 세제의 용해도를 증가시키거나, 이온교환방법으로 경도수 성분을 제거하거나, 이온 성분의 정전기적 인력을 이용한 전기 화학적 축전식 탈염 방법(CDI; Capacitive　deionization)을 이용하는 방법 등이 적용되어 왔다. 그러나, 이들 방법은 근본적인 경도성분(Ca2+, Mg2+)을 제거하지 못하여 경도 성분이 세척 대상물질에 침전되거나, 복잡한 시스템으로 고가의 재료비 및 고 에너지가 요구되는 문제점이 있었다. 특히, 이온교환방법을 적용한 이온교환수지의 경우, 상대적으로 저가이고 간편한 시스템이나 반복사용을 위한 재생과정 적용 시, 고농도의 염화나트륨 수용액(NaCl)을 사용하여 소비자의 불편 및 재생 폐수의 환경 규제로 실제 시스템에 적용하는 데 한계가 있었다.

세정 시스템의 미생물 오염 문제의 경우, 고온살균, 표백제 이온살균, 음이온 살균 등의 방법이 적용되어 왔다. 그러나, 이들 방법 또한 고에너지가 요구되거나 추가적인 소모 약품 투입으로 인하여 소비자의 불편함을 초래하는 문제가 있었고, 환경 규제로 인해 실제 시스템의 적용에 어려운 문제점이 있었다.

스케일 성분에 의한 오염 문제의 경우, 실질적인 대응 방안이 부족한 실정이다. 　

개시된 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상대적으로 간편하고 저렴하게 구현 가능한 전기 화학적 연수 장치 및 이를 포함하는 세척 장치를 제공하고자 한다.

또한, 이온교환이 완료된 제올라이트를 전기 화학적 방법으로 발생시킨 수소 이온(H+)으로 재생시켜 반복 사용하도록 하는 연수 장치 및 이를 포함하는 세척 장치를 제공하고자 한다.

또한, 재 연수 시 경도성분과 이온 교환된 수소이온을 미생물 및 스케일 성분에 의한 오염을 제거하는데 이용되도록 설계된 연수 장치 및 이를 포함하는 세척장치를 제공하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 개시된 발명의 일 실시 예에 따른 연수 장치는,수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 발생시키는 재생부 및 재생수를 공급받아 재생되는 이온 교환체를 포함하며, 경도 성분을 포함하는 원수를 수소 이온(H+)을 포함하는 연수로 변환하는 연수부를 포함한다.

또한, 재생부에서는 물을 전기 분해하여 수소 이온(H+)을 발생시킬 수 있다.

또한, 물은 연수를 포함할 수 있다.

또한, 재생부는 외관을 형성하는 하우징, 하우징 내부에 마련되는 전극을 포함할 수 있다.

또한, 이온 교환체는 바인더를 통해 전극의 일면에 결합될 수 있으며, 재생부와 연수부가 일체로 형성되는 것을 포함할 수 있다.

또한, 바인더는 무기 바인더 및 다공성 바인더를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한 재생부는 사이클론형 하우징과, 하우징 내부에 마련되는 원통형 양전극과, 양전극 중심축선에 배치되는 음전극을 포함하고, 이온 교환체는 양전극 및 음전극 사이 공간에 배치될 수 있다.

또한, 연수부에서는 원수의 경도 성분이 이온 교환체에 흡착됨과 동시에 이온 교환체의 수소 이온(H+)이 탈착 되며 원수가 연수화될 수 있다.

또한, 연수부에서는 재생부로부터 공급받는 재생수에 포함된 수소 이온(H+)이 이온 교환체에 흡착됨과 동시에 이온 교환체의 경도 성분이 탈착 되며 이온 교환체가 재생될 수 있다.

또한, 이온 교환체는 제올라이트와 활성탄, 백금(Pt), 티타늄(Ti), 산화 티타늄(TiO2), 카본 블랙(Carbon black) 및 망간(Mn)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 이온 교환체는 비드 또는 파우더 타입으로 마련될 수 있다.

또한, 연수부 및 재생부　중 적어도 하나에　공급되는 공급수를 가열하는 히터를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 세척 장치는 세척 기기, 연수 장치 및 세척 기기와 연수 장치의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고, 연수 장치는, 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 발생시키는 재생부 및 재생수를 공급받아 재생되는 이온 교환체를 포함하고 경도 성분을 포함하는 원수를 수소 이온(H+)을 포함하는 연수로 변환하는 연수부를 포함할 수 있다.

또한, 제어부는, 세척 기기가 살균 동작 모드로 작동하는 경우, 연수부에서 수소 이온(H+)을 포함하는 연수를 생성하여 연수를 세척 기기의 살균 또는 스케일 제거에 제공할 수 있다.

또한, 연수부에서 토출된 연수에 세제를 공급하는 세제공급장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 제어부는 세척 기기가 세척 동작 모드로 작동하는 경우, 연수부에서 토출된 연수와 세제공급장치로부터 공급된 세제가 혼합되어 세척 기기에 제공되도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부는, 세척 기기가 재생 동작 모드로 작동하는 경우, 재생부에서 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 생성하고, 재생수를 연수부에 공급하여 이온 교환체를 재생시킬 수 있다.

또한, 연수부에서 발생하는 연수 또는 경도 성분을 포함하는 농축수를 가이드하는 유로부를 더 포함할 수 있다.

또한, 연수부에서 토출된 연수의 경도를 감지하는 경도 센서를 더 포함하고, 제어부는 경도 센서의 출력이 미리 설정된 제 1 기준경도에 도달하면 재생 동작 모드를 수행할 수 있다.

또한, 연수부에서 토출된 연수의 전기전도도를 감지하는 전기전도도 센서를 더 포함하고, 제어부는 전기전도도 센서의 출력이 미리 설정된 제 2 기준용량에 도달하면 재생 동작 모드를 수행하도록 제어할 수 있다.

또한, 연수부에서 토출된 연수의 유량을 감지하는 유량 센서를 더 포함하고,제어부는 유량 센서의 출력이 미리 설정된 제 3 기준유량에 도달하면 재생 동작 모드를 수행하도록 제어할 수 있다.

또한, 제어부는 세척 기기의 세척 동작 모드　또는 살균　동작 모드의 진행 중에　재생 동작 모드가 수행되도록 제어할 수 있다.

또한, 재생부는 외관을 형성하는 하우징, 하우징 내부에 마련되는 전극을 포함하고, 이온 교환체는 바인더를 통해 전극의 일면에 결합되어 재생부와 연수부가 일체로 형성될 수 있다.

일 실시 예에 따른 세척 기기와, 수소 이온(H+)을　흡착한 이온 교환체를 포함하는 연수 장치를 포함하는 세척 장치의 운전 방법은, 경도 성분을 포함하는 원수를 연수 장치에 공급해 수소 이온을 포함하는 연수를 생성하는 단계 및 생성된 연수를 세척 기기의 세척 또는 살균에 제공하는 단계를 포함한다.

또한, 생성된 연수에 세제를 공급하고, 세제가 공급된 연수를 세척 기기의 세척에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

경도 성분을 포함하는 원수에 히터를 통해 열을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 연수 장치의 재생이 필요한 시점인지 판단하는 단계 및 판단 결과 재생이 필요하다고 판단되면 연수 장치의 재생 운전을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 연수 장치의 재생이 필요한 시점인지 판단하는 단계는, 생성된 연수의 경도 값을 감지하는 것과, 생성된 연수의 전기 전도도를 감지하는 것과, 연수 장치에서 생성된 연수의 총 유량을 감지하는 것 중 적어도 하나에 의해 판단하는 것을 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 구성되는 개시된 발명에 의한 연수 장치 및 세척 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있게 된다.

　먼저, 이온교환이 완료된 제올라이트 복합체를 전기 화학적 방법으로 발생시킨 수소 이온(H+)으로 재생시켜 반복 사용할 수 있다.

또한, 추가적인 재생제의 공급 없이 연속적으로 재생 가능하도록 하여 경제성을 도모할 수 있다.

또한, 연수 과정에서 발생한 수소 이온(H+)이 살균 및 스케일 제거에 이용되도록 함으로써 세척 모드와 별도로 살균 모드를 구현할 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 연수 장치의 구성도 이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 연수 장치의 연수 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 연수 장치의 재생 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2 및 도 3에서 진행되는 연수 및 재생 과정을 화학반응식으로 도시한 도면이다.
도 5는 히터를 포함하는 다른 실시 예에 따른 연수 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는　도 5에 도시된 연수 장치에서 히터의 설치 가능한 위치를 도시한 도면이다.
도 7은 염화나트륨의 농도에 따른 나트륨 이온(Na+)의 평균 흡착 량을 온도 별로 도시한 그래프이다.
도 8은 온도에 따른 물의 해리 상수를 도시한 그래프이다.
도 9는 저장 탱크를 포함하는 또 다른 실시 예에 따른 연수 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 10은 연수부와 재생부가 분리된 또 다른 실시 예에 따른 연수 장치를 도시한 도면이다.
도 11은 또 다른 실시 예에 따른 사이클론 형태의 연수 장치를 도시한 도면이다.
도 12는 도 1의 연수 장치를 포함하는 세척 장치를 도시한 도면이다.
도 13은 도 12에 도시된 세척 장치의 제어 블럭도를 도시한 도면이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 세척 장치의 제어 과정을 도시한 순서도이다.

본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형　예들이 있을 수 있다.

개시된 발명은 경도 성분을 포함하는 원수를 연수화 시키는 연수 장치 및 이를 포함하는 세척 장치에 관한 발명이다. 본 명세서에서는, 설명의 편의상 연수 장치에 유입되는 경도 성분을 포함하는 공급수를 원수로, 연수부에서 토출된 경도 성분이 제거된 원수를 연수로, 전기분해 되어 이온 교환체에 공급되는 수소 이온(H+)의 농도가 높은 공급수를 재생수로, 재생 과정을 거쳐 경도 성분의 농도가 높은 재생수를 농축수로 지칭하였다. 아울러, 경도 성분은 칼슘 이온(Ca2+) 및 마그네슘 이온(Mg2+)을 비롯한 플러스 차지를 가지는 양이온을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이며, 이하 설명의 편의상 본 명세서의 경도 성분의 예로 칼슘 이온 및 마그네슘 이온을 예로 들어 설명하도록 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 개시된 발명의 실시 예에 대해 상세하게 설명한다. 도 1은 일 실시 예에 따른 연수 장치(100)의 구성도 이다.

도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 연수 장치(100)는 유입구(101)와 유출구(102)를 구비하는 하우징(110)과, 원수를 연수로 변환하는 이온 교환체(121)를 가지는 연수부(120)와, 물의 전기 분해 시 발생되는 수소 이온(H+)으로 이온 교환체(121)를 재생하는 재생부(130)와, 연수부(120)에서 토출된 연수 또는 재생부(130)에서 토출된 농축수를 가이드 하는 유로부(141, 142, 143)를 포함한다. 아울러, 일 실시 예의 일 예에 따른 연수 장치(100)는, 연수부(120)에서 토출된 연수에 세제를 공급하는 세제공급장치(150)를 더 포함할 수 있다.　　연수부(120)와 재생부(130)는 각각 연수와 재생을 위해 마련되며 구성 요소가 별개로 제공될 수 있으나, 본 실시 예에서는 연수와 재생을 위한 구성요소가 하우징(110)내에 일체로 형성된 경우를 예로 들어 설명하도록 한다. 이에, 동일한 물리적 부품이 연수작용을 통해 연수를 생성할 때는 연수부(120)로, 재생 작용을 할 때는 재생부(130)로 지칭하도록 한다.

이하, 연수 장치(100)의 각 구성에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다.

하우징(110)은 원수 배관과 연결되어 원수가 유입되는 유입구(101)와, 출수 배관과 연결되어 연수 등이 배출되는 유출구(102)를 포함한다. 유입구(101)는 하우징(110) 상면의 중심축에 형성될 수 있고, 유출구(102)는 하우징(110) 하면의 중심축에 형성될 수 있다. 유입구(101)와 유출구(102)에는 각각 밸브(140)가 구비되어 유입구(101)로 유입되는 원수와 유출구(102)로 유출되는 연수의 흐름을 소통 및 차단한다. 연수 장치(100)의 작동 과정에 따라 밸브(140)를 조절하여 원수의 유입과 연수의 유출을 적절하게 조절할 수 있다.

연수부(120)는 하우징(110) 내부에 마련된다. 연수부(120)는, 연수 장치(100)의 유입구(101)를 통해 유입되는 원수의 경도 성분을 제거하여 원수를 연수화하는 부분으로, 이온 교환체(121)의 이온 교환 능력에 의해 연수가 만들어 진다. 연수부(120)는 재생부(130)와 일체로 마련되거나 분리된 형태로 마련될 수 있으며, 도 1에서는 연수부(120)와 재생부(130)가 일체로 마련된 경우를 예로 들어 도시하였다.

이온 교환체(121)는 비드 타입 또는 파우더 타입으로 연수부(120) 내부에 충진 될 수 있으며, 바인더를 통해 전극(131)의 일면, 보다 상세하게 양극 전극의 표면에 결합될 수 있다.　여기서, 바인더는 이온 교환체(121)의 이온 교환 량을 늘리기 위해 무기 바인더 및 다공성 바인더를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다.

비드 타입의 제올라이트 복합체는, 파우더 타입의 제올라이트 입자(Z)에 바인더를 넣어 구형으로 성형한 제올라이트 복합체로, 입자간 간극이 커서 물을 쉽게 통과시킬 수 있다. 다만, 파우더 타입에 비해 비표면적이 작아 단위 무게당 연수 성능이 저하될 수 있다. 파우더 타입의 경우 비표면적이 커서 단위 무게당 연수 성능이 우수하나, 입자간의 간극이 작아 물을 통과시킬 때 차압이 크게 증가할 수 있다.

따라서 이러한 장점을 살리고, 단점을 보완하기 위해 적절한 크기의 제올라이트 복합체를 사용하여야 한다. 더 나아가 제올라이트 복합체에 활성탄(C)을 결합시키거나 사이클론 형태의 하우징(110)을 설계할 수 있으며, 도 1 및 2 에서는 이온 교환체(121)로 제올라이트 복합체에 활성탄(C)을 결합시킨 경우를 예로 들어 도시하였다.

아울러, 이온 교환체(121)는 제올라이트와,　이온 교환 수지류와, 이온 교환 박막과, 이온 교환 섬유와, 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 규소(Si)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 무기 금속 이온을 중심 원자로 하고 표면에 이온 교환을 할 수 있는 사이트를 가진 이온 교환 물질과;　제올라이트 또는 이온 교환 수지의 표면에 기능기 또는 폴리머 복합체를 도입한 재료와;　백금(Pt), 티타늄(Ti), 산화 티타늄(TiO2), 망간(Mn), 카본 블랙(Carbon black) 및 제오 카본(zeocarbon)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나에 제올라이트를 포함하는 이온 교환기를 도입한 복합체;를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

재생부(130)는 이온 교환체(121)에 축적된 경도 성분의 불순물을 제거하도록 원수가 전기분해 되는 부분이다. 보다 상세하게 물의 전기 분해 시 발생되는 수소 이온(H+)을 이온 교환체(121)에 공급해 이온 교환체(121)를 재생시킨다.

재생부(130)는 원수를 전기 분해시키기 위한 전극(131)을 포함한다. 전극(131)은 양극 전극(131a) 및 양극 전극(131a)과 이격 배치되는 음극 전극(131b)을 포함하고, 양극 전극(131a)과 음극 전극(131b)은 각각 적어도 하나 마련될 수 있다. 보다 상세하게, 양극 전극(131a) 및 음극 전극(131b)은 각각 원형 전극, 봉 전극,　또는 판상형 전극 형태로 마련될 수 있다.

도 1에서 연수부(120) 및 재생부(130)의 확대 구성도에서는 설명의 편의상 양극 전극(131a) 및 음극 전극(131b)이 판상 형태로 마련된 경우를 예로 들어 도시하였다. 그러나 양극 전극(131a)을 원형 전극 형태로 마련해 길이 방향으로 형성되도록 하고 음극 전극(131b)을 봉 전극 형태로 마련해 양극 전극(131a)의 내측에 배치되도록 할 수 있으며, 아울러 양극 전극(131a)과 음극 전극(131b)을 복수 개 마련해 양극 전극(131a)과 음극 전극(131b)이 교번하여 배치되도록 할 수 있다.

아울러, 재생부(130)는 양극 전극(131a) 및 음극 전극(131b) 사이에 이온을 선택적으로 투과시키는 격막(160)을 포함할 수 있다. 격막(160)은 부직포, 멤브레인,　및 이온교환막을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

재생부(130)는 필요에 따라 복수개를 마련하여 재생 모듈을 구성하도록 할 수 있으며, 이 경우 보다 신속하고 효과적으로 재생이 수행되도록 할 수 있다.

유로부(141, 142, 143)는 연수부(120) 또는 재생부(130)에서 토출된 연수 또는 농축수를 가이드한다. 도 1을 참조하면, 격막(160)을 경계로 양극 전극(131a)측에서는 원수에서 경도 성분이 제거된 산성 성분의 연수 및 이온 교환체(121)에서 분리된 경도 성분을 포함하는 농축수가 토출될 수 있으며, 음극 전극(131b)측에서는 알칼리수가 토출될 수 있다. 유로부(141, 142, 143)는 전술한 바와 같이 연수 장치(100)에서 토출되는 연수 등이 적절한 용도로 공급되도록 가이드한다. 연수와 농축수의 성분과 관련한 자세한 설명은 후술할 연수 장치(100)의 동작 원리 부분에서 상술하기로 한다.

유로부(141, 142, 143)는 제 1 유로부(141)와, 제 2 유로부(142)와, 제 3 유로부(143)를 포함할 수 있다. 제 1 유로부(141)는 산성 성분의 연수가 세제공급장치(150)의 공급부로 이동하도록 가이드한다. 제 2 유로부(142)는 산성 성분의 연수가 살균 및 스케일 제거가 요구되는 위치로 이동하도록 가이드한다. 제 3 유로부(143)는 농축수 및 알칼리수가 외부로 배출되도록 가이드한다.

세제공급장치(150)는 제 1 유로부(141) 주위에 마련된다. 일 실시예에 따른 연수 장치(100)는 연수 장치(100)와 연결되는 또는 연수 장치(100)를 포함하는 장치의 용도에 따라 연수화된 세탁 수를 공급 하고자 하는 바, 세제공급장치(150)를 통해 연수에 세제를 공급하도록 할 수 있다.

이하, 위와 같이 구성되는 일 실시예에 따른 연수 장치(100)의 연수 및 재생 과정 및 원리에 대해 상세하게 설명한다.

도 2는 일 실시 예에 따른 연수 장치(100)의 연수 과정을 도시한 도면이고,　도　3은 일 실시 예에 따른 연수 장치(100)의 재생 과정을 도시한 도면이고, 도 4는 도 2 및 3에서 진행되는 연수 및 재생 과정을 화학식으로 표현한 도면이다.

도 2를 참조하면, 유입구(101)를 통해 원수가 연수부(120)로 유입되면, 원수는 연수부(120) 내부에 충진된 이온 교환체(121)에 도달한다. 원수가 이온 교환체(121)에 도달하면, 원수에 포함된 경도 성분(칼슘 이온(Ca2+) 또는 마그네슘 이온(Mg2+))이 이온 교환체(121)에 의해 제거 되고, 결과적으로 하우징(110)의 유출구(102a)를 통해 연수가 토출된다. 즉, 원수의 연수화 과정은 원수의 경도 성분이 이온 교환체(121)에 흡착됨과 동시에 이온 교환체(121)의 양이온 성분이 탈착 되며 진행된다.

이온 교환체(121)에서 이온 교환이 일어나는 원리는 이온 교환체(121)의 구조와 관련된다. 일 실시예에 따른 이온 교환체(121)는 구조식 1로 표현되는 제올라이트 입자(Z)를 포함한다.

구조식 1

구조식 1을 살펴보면, 제올라이트 입자(Z)는 실리콘(silicone)과 알루미늄(aluminum)이 중심 원자로 구성된다. 제올라이트 입자(Z)의 알루미늄 성분은 부분적으로 마이너스 차지를 띠며, 결과적으로 플러스 차지를 띠는 양이온을 흡착할 수 있다.

따라서, 초기 수소 이온(H+) 또는 나트륨 이온(Na+)과 결합하고 있는 제올라이트 입자(Z)에 경도 성분(칼슘 이온(Ca2+) 및 마그네슘 이온(Mg2+))을 포함하는 원수가 유입되면 수소 이온(H+)과 칼슘 이온(Ca2+) 및 마그네슘 이온(Mg2+)간에 이온 교환이 일어나고, 또한 나트륨 이온(Na+)과 칼슘이온 및 마그네슘 이온(Mg2+)간에 이온 교환이 일어난다.

화학반응식 1 및 2는 경도 성분이 제올라이트 입자(Z)에 흡착되는 과정을 나타낸 것이다.

화학반응식 1

화학반응식 2

초기 제올라이트 입자(Z)는 종류에 따라 나트륨 이온(Na+) 또는 수소 이온(H+)을 포함할 수 있다. 다만, 재생 과정은 물의 전기 분해 시 발생되는 고농도의 수소 이온(H+)에 의한 수소 이온(H+)과 칼슘 이온(Ca2+) 및 마그네슘 이온(Mg2+)의 이온 교환에 의해 일어나며, 이에 재생 과정과 연수 과정이 반복됨에 따라 수소 이온(H+)과 칼슘 이온(Ca2+) 및 마그네슘 이온(Mg2+) 간의 이온 교환이 반복해서 일어나고, 재생 동작과 연수 동작의 이온 교환 과정에서 주로 수소 이온(H+)이 개입된다.

물에 수소 이온(H+)의 농도가 높아지면 pH가 낮아지고 물은 산성화 된다. 산은 부식성이 있는데, 이러한 산의 부식성에 의해 이온 교환체(121)가 부식될 우려가 있다. 일 실시예에 따른 연수 장치(100)에서는 제올라이트를 장기적으로 반복 재생하여 사용하고자 하며 따라서 이온 교환체(121)로 산에 대해 안정한 성질을 갖는 제올라이트를 사용하는 것이 바람직하다.

일정 용량의 연수화 과정이 수행되면 이온 교환체(121)에 축적된 불순물을 제거하기 위해 재생 작업을 수행해야 한다. 즉, 재생 작업을 통해 이온 교환체(121)에 축적된 경도 성분의 불순물을 제거함으로써 연수 장치(100)를 계속적으로 이용할 수 있다.

도 3을 참조하면, 재생 동작 시 원수가 유입구(101)를 통해 연수 장치(100)로 유입되면 재생부(130)의 양극 전극(131a)과 음극 전극(131b)에 전류가 인가되고 유입되는 원수의 물이 전기 분해되어 수소 양이온이 발생된다.

물에 전기 에너지를 가하여 산화, 환원 반응이 일어나도록 전기분해를 하면, 양극 전극(131a)에서는 화학반응식 3과 같은 반응이 일어나고, 음극 전극(131b)에서는 화학반응식 4와 같은 반응이 일어난다.

화학반응식 3

화학반응식 4

화학반응식 3 및 4를 참조하면, 양극 전극(131a)에는 수소 이온(H+)의 농도가 풍부한 재생수가 생성됨을 알 수 있다. 이러한 재생수가 양극 전극(131a)의 주변에 마련된 이온 교환체(121)에 공급되면, 고농도의 수소 이온(H+)에 의해 이온 교환체(121)에 흡착된 칼슘 이온(Ca2+) 및 마그네슘 이온(Mg2+)이 수소 이온(H+)과 교환되며 이온 교환체(121)가 재생된다.

한편,　일 실시예에 따른 이온 교환체(121)로 제올라이트 입자(Z)에 활성탄(C)이 결합된 복합체가 사용될 수 있다. 활성탄(C)은 비표면적이 넓고 동시에 전기전도성이 있으므로, 이온 교환체(121)로 제올라이트 입자(Z)에 활성탄(C)이 결합된 복합체 구조를 사용함으로써 넓은 비표면적을 가지는 전극(131)을 제공하는 효과를 가져올 수 있다.

즉, 활성탄(C)이 결합되지 않는 경우 수소 이온(H+)이 주로 전극의 표면에서만 발생하지만, 제올라이트 입자(Z)에 활성탄(C)을 결함시킴으로써 전극의 표면 외에 활성탄(C) 주위에서도 수소 이온(H+)이 발생 되도록 할 수 있다. 결과적으로 수소 이온(H+)이 고농도로 농축된 재생수를 얻을 수 있으며 이를 이용하여 제올라이트의 재생이 보다 빠르게 이루어 지도록 할 수 있다.

도 2 및 도 3의 동작 원리를 종합하면, 도 4와 같은 연수 재생 사이클이 도출된다. 도 4의 실선은 연수 과정을 도시한 것이고 점선은 재생 과정을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 제올라이트 입자(Z)는　HxY(s),　NaxY(s)와 같은 형태를 가질 수 있다. 경도 성분(Ca2+, Mg2+)을 포함하는 원수가 연수부(120)의 제올라이트 입자(Z)에 공급되면 제올라이트 입자(Z)에 칼슘 이온(Ca2+) 또는 마그네슘 이온(Mg2+)이 흡착되고 동시에 이온 교환체(121)의 양이온 성분인 수소 이온(H+) 또는 나트륨 　이온(Na+)이 탈착된다. 이에, 연수 동작 완료 후에는 양극 전극(131a)측에서 연수가 토출 된다.

연수 과정 진행 후 필요에 따라 주기적으로 재생 과정이 수행되어야 한다. 재생 과정은 물의 전기 분해시 발생되는 고농도의 수소 이온(H+)을 이용한다. 즉, 물의 전기 분해시 양극 전극(131a) 쪽에서 다량의 수소 이온(H+)이 발생되며 이 수소 이온(H+)이 이온 교환체(121)에 흡착된 칼슘 이온(Ca2+) 또는 마그네슘 이온(Mg2+)과 이온 교환되어 제올라이트 입자(Z)를 재생시킨다. 이에, 재생 동작 완료 후에는 양극 전극(131a) 측에서 칼슘 이온(Ca2+) 및 마그네슘 이온(Mg2+)을 포함하는 농축수가 토출되고　음극 전극(131b) 측에서　수산화 이온(OH-)이 풍부한 알칼리수가 토출된다.

결과적으로, 연수 동작 완료 후 발생된 수소 이온(H+)을 포함하는 산성 성분의 연수는 연수 장치(100)와 연결된 다른 기기의 살균 또는 스케일 제거에 이용될 수 있고, 세제공급장치(150)를 통해 연수에 세제를 투입하여 세척수로 이용될 수 있다. 한편, 재생 동작 완료 후 발생된 농축수 및 알칼리수는 드레인을 통해 외부로 토출된다.

다음으로, 다른 실시예에 따른 히터(160)를 포함하는 연수 장치(100)의 구성 및 동작 원리에 대해 상세하게 설명한다. 도 5는 히터(160)를 포함하는 다른 실시예에 따른 연수 장치(100)의 구성을 도시한 도면이고, 도 6a 내지 도 6c는 히터(160)의 설치 가능한 위치를 도시한 도면이고, 도 7은 염화나트륨의 농도에 따른 나트륨 이온(Na+)의 평균 흡착 량을 온도 별로 도시한 그래프이며, 도 8은 온도에 따른 물의 해리 상수를 도시한 그래프이다.

도 5를 참조하면, 다른 실시예에 따른 연수 장치(100)는 도 1에 도시된 구성 외에 히터(160)를 더 포함할 수 있으며, 이하 도 1과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

히터(160)는 재생부(130)에 공급되는 원수를 가열하는 구성으로, 재생 작업시 이온 교환체(121)에 공급되는 원수를 가열하여 원수의 전기 분해가 용이하게 일어나도록 할 수 있다. 또한, 온도가 높아질 경우 이온 교환체(121)에 흡착된 칼슘 이온(Ca2+) 또는 마그네슘 이온(Mg2+)의 탈착 경향성이 높아지므로 이러한 원리를 이용하여 이온 교환체(121)에 결합된 경도 성분(Ca2+, Mg2+)의 탈착이 용이하게 일어나도록 할 수 있다.

보다 상세하게, 상온에서 고온으로 변할 때 물의 해리 상수가 급격하게 증가하여 물의 전기 분해가 용이하게 일어나도록 할 수 있으며, 물의 전기 분해 결과 수소 이온(H+)의 농도가 높아지도록 하여 수소 이온(H+) 성분과 이온 교환체(121)에 결합된 경도 성분(Ca2+, Mg2+)의 이온 교환이 활발하게 일어나도록 할 수 있다

도 6a 내지 도 6c를 참조하면 다른 실시 예에 따른 히터(160)는 재생부(130) 및/또는　연수부(120)의 전단에 설치되거나, 재생부(130) 및/또는　연수부(120)의 주위에 설치될 수 있다.　

도 6a에서는 재생부(130)와 연수부(120)가 일체로 형성된 경우를 도시한 것이며, 도 6b 및 도 6c에서는 재생부(130)에서 수소 이온(H+)을 생성해 연수부(120)에 공급함으로써 재생을 실행하는 경우를 도시한 것이다.

도 6a에 도시된 바와 같이,　히터(160)가 연수부(120) 및 재생부(130)의 전단에 마련된 경우, 히터(160)에 의해 가열된 원수가 재생부(130)에 공급되어 전기분해 됨으로써 양극 전극(131a)에서 보다 용이하게 수소 이온(H+)을 얻을 수 있으며, 전기 분해 되어 수소 이온(H+)이 풍부한 재생수가 이온 교환체(121)에 공급되도록 하여 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 용이하게 탈착 되도록 할 수 있다. 또한,　도 6b에 도시된 바와 같이 히터(160)가 재생부(130) 및 연수부(120) 주위에 마련되도록 구성하여도 앞선 효과를 가져올 수 있다.

아울러, 앞서 설명한 바와 같이 연수부(120) 및 재생부(130) 중 어느 하나에만 히터(160)를 마련하는 것도 가능하다. 예를 들어 도 6c에 도시된 바와 같이　히터(160)를 연수부(120) 주위에 설치할 수 있다. 이 경우, 재생부(130)에서는 기존과 동일한 상온의 원수가 공급되어 공급된 원수가 전기 분해되고, 전기 분해 후 얻어지는 재생수가 연수부(120)에 공급되어 히터(160)에 의해 가열된다. 이와 같이, 가열된 재생수가 이온 교환체(121)에 공급되도록 하여 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 용이하게 탈착 되도록 할 수 있다.

도 7을 참조하면, 고온의 경우보다 저온의 경우 나트륨의 흡착량이 더욱 높은 것을 확인할 수 있다. 이는 고온에서는 열역학적으로 열에 의한 운동력이 증가하여 이온이 탈착 하려는 성질이 강하기 때문이다.

동일한 원리가 칼슘 이온(Ca2+) 및 마그네슘 이온(Mg2+)에도 적용될 수 있다. 즉, 재생 작업 시 고온의 재생수로 이온 교환체(121)를 재생할 경우 칼슘 이온(Ca2+)과 마그네슘 이온(Mg2+)이　탈착하려는 성질이 강하며, 따라서 이온 교환체(121)에 흡착된 칼슘 이온(Ca2+)과 마그네슘 이온(Mg2+)이 용이하게 제거될 수 있다.

도 8을 참조하면, 물의 해리 상수 역시 상온 대비 고온으로 변할 때 급격하게 증가한다. 따라서 고온에서 보다 높은 수소 이온(H+) 농도를 얻을 수 있고 따라서 재생이 용이하게 일어나도록 할 수 있다.

일례로, 20℃에서 물의 해리 상수 K(20℃)는0.68*10^(-14) 이나, 85℃에서 물의 해리 상수 K(85℃)는 33*10^(-14)로 약 48배 증가한다. 따라서 재생 작동시 히터(160)를 설치하여 높은 수소 이온(H+) 농도를 가지는 고온의 원수가 이온 교환체(121)에 공급되도록 함으로써 이온 교환체(121)로부터 칼슘 이온(Ca2+) 및　마그네슘 이온(Mg2+)이 용이하게 탈착 되도록 할 수 있다.

다음으로, 또 다른 실시 예에 따른 저장 탱크(170)를 포함하는 연수 장치(100)에 대해 상세하게 설명한다. 도 9는 저장 탱크(170)를 포함하는 다른 실시 예에 따른 연수 장치(100)의 구성을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 연수 장치(100)는 도 1에 도시된 구성 외에 저장 탱크(170)를 더 포함할 수 있으며, 설명의 편의상 도 1과 중복되는 설명은 생략한다.

저장 탱크(170)는 재생 과정에서 재생부(130)에 연수가 공급되도록 하기 위해 연수부(120)에서 토출된 연수를 저장한다.

도 1 및 도 6에 도시된 연수 장치(100)에서는 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 다량 함유된 원수가 재생부(130)에 공급된다. 그러나 재생 과정은 전기 분해시 발생되는 고농도의 수소 이온(H+)이 이온 교환체(121)에 공급되도록 함으로써 수행되는 것인 바, 재생 과정에서 이온 교환체(121)에 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 공급되지 않도록 함으로써 보다 효과적으로 이온 교환이 일어나도록 할 수 있다. 이에 본 실시 예 에서는 연수 작업 수행시 저장 탱크(170)에서 미리 연수를 저장하도록 한 후 재생 작업 수행시 저장 탱크(170)에 저장된 연수가 재생부(130)에 공급되도록 함으로써 용이하게 재생 과정이 수행되도록 한다.

다음으로 또 다른 실시예에 따른 연수부(120)와 재생부(130)가 분리된 연수 장치(100)에 대해　설명한다. 도 10은 또 다른 실시예에 따른 연수부(120)와 재생부(130)가 분리된 연수 장치(100)를 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면 또 다른 실시예에 따른 연수 장치(100)는 도 1에 도시된 구성을 포함하고, 다만 재생부(130)는 연수부(120)의 전단에 설치되어 연수부(120)와 재생부(130)가 분리되어 형성된다. 따라서, 연수부(120) 및 재생부(130)는 각각의 하우징(110a, 110b)에 의해 외관이 형성된다.

이온 교환체(121)는 비드 형태로 마련된 제올라이트 복합 구조체가 사용되며 이온 교환체(121)는 연수부(120)의 하우징(110a) 내측의 유입구(101)와 유출구(102) 사이에 충진된다.

전극(131)은 재생부(130)의 하우징(110b) 내부에 양극 전극(131a)과 음극 전극(131b)이 판상 형태로 마련되고 양극 전극(131a)과 음극 전극(131b)은 격막(160)을 사이에 두고 이격 배치된다.

이와 같이 구성되는 연수 장치(100)의 작동을 살펴보면, 연수 장치(100)의 연수 동작시 연수부(120) 전단에 설치된 재생부(130)를 통과한 원수는 연수부(120)에 유입된다. 이 때, 재생부(130)의 전극(131)에는 전원이 공급되지 않으므로 재생부(130)에 유입된 원수는 재생부(130)를 그대로 통과하여 연수부(120)에 유입되며, 연수부(120)에 유입된 원수는 도 2에 도시한 것과 동일한 원리로 연수화된다.

연수 과정을 수회 반복하면, 연수 장치(100)의 이온 교환체(121)의 재생 작업을 수행해야 한다.

이온 교환체(121)의 재생 작업 시에는 재생부(130)에 설치된 전극(131)에 전원이 공급되어 재생부(130)로 유입된 원수가 전기 분해된다. 원수가 전기 분해되면 수소 이온(H+)이 고농도로 농축된 재생에 공급되는 원수인 재생수가 얻어지고, 재생수가 연수부(120)의 이온 교환체(121)로 공급된다. 이온 교환체(121)로 공급된 재생수의 수소 이온(H+)이 이온 교환체(121)에 흡착된 경도 성분(Ca2+, Mg2+)과 만나 이온 교환되면서 이온 교환체(121)의 재생이 수행된다.

다음으로 또 다른 실시예에 따른 연수 장치(100)에 대해 설명한다. 도 11은 또 다른 실시예에 따른 사이클론 형태의 연수 장치(100)를 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 연수 장치(100)는 연수부(120)와 재생부(130)가 일체로 형성되고, 하우징(110)이 사이클론 형태로 설계되어 내부에 파우더 형태의 제올라이트 복합체가 충진된다. 또한, 하우징(110)의 일 측면에 유입구(101)가 형성되고, 하우징(110)의 상부 면에　유출구(102)가 형성된다.

이와 같이 구성되는 연수 장치(100)의 동작을 살펴보면, 연수 작업시 경도 성분(Ca2+, Mg2+)을 포함하는 원수가 유입구(101)를 통해 하우징(110) 내부로 유입되면 하우징(110) 내부에서 사이클론이 형성되고, 제올라이트 입자(Z)와 물과의 밀도 차이에 의해 보다 무거운 제올라이트 복합체는 가라 앉고 상대적으로 가벼운 처리수는 연수되어 유출구(102)로 토출된다.

연수 과정을 수회 반복하면 연수 장치(100)의 이온 교환체(121) 재생을 수행하여야 한다.

이온 교환체(121)의 재생을 위해 원수가 하우징(110)의 유입구(101)를 통해 유입되고 재생부(130)에 마련된 전극(131)에 전원이 공급되면, 재생부(130)로 공급된 원수가 전기 분해되어 수소 이온(H+)이 고농도로 농축된 재생수가 얻어지고 재생부(130)에서 얻어진 재생수는 이온 교환체(121)로 공급되어 이온 교환체(121)를 재생한다.

다음으로, 도 1에 도시된 연수 장치(100)를 포함하는 세척 장치에 대해 상세하게 설명한다.

일 실시예에 따른 세척 장치는 세척기기와, 연수 장치(100)와, 세척 기기와 연수 장치(100)의 작동을 제어하는 제어부를 포함하고, 연수 장치(100)는 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 발생시키는 재생부(130) 및 재생수를 공급받아 재생되는 이온 교환체를 포함하고 경도 성분을 포함하는 원수를 수소 이온(H+)을 포함하는 연수로 변환하는 연수부(120)를 포함할 수 있다. 이와 같이 구성되는 개시된 발명에 따른 세척 장치는 세탁기, 식기 세척기와 같이 세척을 위해 물을 사용하는 모든 장치를 포함하는 넓은 개념으로 이해될 수 있으며, 이하 설명의 편의상 세탁기를 예로 들어 상세하게 설명하도록 한다.

도 12는 도 1의 연수 장치(100)를 포함하는 세척 장치(200)를 도시한 도면이고, 도 13은 도 12에 도시된 세척 장치(200)의 제어 블럭도를 도시한 도면이다. 세척 장치(200)는 도 1, 도 5, 도 9 내지 도 11에 도시된 연수 장치(100) 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이하 설명의 편의상 도 1에 도시된 연수 장치(100)를 포함하는 경우를 예로 들어 설명하도록 한다.

도 12 및 도 13을 참조하면 일 실시예에 따른 세척 장치(200)는,　연수 장치(100)와, 연수 장치(100)에서 토출된 연수 등을 가이드하는 유로부(141, 142, 143)와, 유로부(141, 142, 143) 내부를 흐르는 연수 등을 소통 및 차단하는 복수의 밸브(140)와, 세척 장치(200)의 제어를 위한 명령을 입력하는 입력부(205)와, 재생 시점을 판단하는 센서부(210)와, 세척 동작이 수행되는 세척조(290)와,　세척조(290)와 연수 장치(100)를 구동시키는 구동부(220)와, 세척조(290)와 연수 장치(100)의 동작을 제어하는 제어부(230)를 포함한다. 아울러, 세척조(290)에서 토출되는 세척수와 연수 장치(100)에서 토출되는 농축수 및 알칼리수의 배출 통로인 드레인(190) 및 연수　장치(100)에서 생성된 연수에 세제를 공급하는 세제공급장치(150)를 더 포함할 수 있다.

연수 장치(100)는 유입구(101)와 유출구(102)를 구비하는 하우징(110)과, 원수를 연수로 변환하는 이온 교환체(121)를 가지는 연수부(120)와, 물을 전기 분해해서 수소 이온(H+)을 발생시키고, 발생된 수소 이온(H+)을 이온 교환체(121)에 공급해 이온 교환체를 재생시키는 재생부(130)를 포함할 수 있다. 이하, 설명의 편의상 연수 장치(100)와 관련해 도 1과 중복되는 설명은 생략한다.

입력부(205)는 세척 장치(200)의 제어 명령을 입력하는 부분으로 버튼식 또는 터치식으로 마련될 수 있다. 일 실시 예에 따른 세척 장치(200)는 살균 동작 모드, 세탁 동작 모드, 재생 동작 모드에 따라 작동될 수 있으며 이에 입력부(205)는 살균 동작 모드 입력부(205), 세탁 동작 모드 입력부(205), 재생 동작 모드 입력부(205)를 포함할 수 있다.

센서부(210)는 연수 장치(100)의 재생 시점을 판단하기 위해 연수 장치(100)의 하우징(110) 내부 또는 유출구(102a) 주위에 마련될 수 있다. 보다 상세하게, 일정 용량의 연수화 과정이 수행되면 이온 교환체(121)에 축적된 불순물을 제거하기 위해 재생 작업을 수행 해야 한다. 이에, 센서부(210)에 의해 연수의 경도 성분(Ca2+, Mg2+)을 감지하여 재생 시점을 판단한다.

센서부(210)는 경도센서, 전기전도도센서정전 용량 센서, 유량 센서 중 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 경도센서는 연수부(120)에서 토출되는 연수의 경도 성분(Ca2+, Mg2+)을 감지하고, 전기전도도센서는 연수부(120)에서 토출되는 연수의 경도 성분(Ca2+, Mg2+)에 따른 전기 전도도　변화를 감지하고, 유량센서는 연수부(120)에서 처리한 연수 용량을 감지하여 감지 결과를 제어부(230)에 출력한다.

제어부(230)는, 살균 동작 모드와, 세척 동작 모드와, 재생 동작 모드가 수행되도록 세척 기기를 제어하고, 연수 및 재생 과정 수행 후 연수 및 농축수의 흐름을 복수개의 밸브(140)를 통해 제어한다.

살균 동작 모드와 관련해, 입력부(205)에 의해 살균 동작 명령이 입력되면 살균 동작 모드가 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따른 세척 장치(200)가 살균 동작 모드로 작동하는 경우, 연수부(120)에서 수소 이온(H+)을 포함하는 연수를 생성하여 연수를 세척조(290)의 살균 또는 스케일 제거에 제공할 수 있다.

세척 동작 모드와 관련해, 입력부(205)에 의해 세척 동작 명령이 입력되면 세척 동작 모드가 수행될 수 있다. 일 실시 예에 따른 세척 장치(200)가 세척 동작 모드로 작동하는 경우, 연수부(120)에서 토출된 연수와 세제공급장치(150)로부터 공급된 세제가 혼합되어 세척조(290)에 제공될 수 있다.

재생 동작 모드와 관련해, 입력부(205)에 의해 재생 동작 명령이 입력되거나 미리 설정된 기준에 따라 재생 동작 모드의 수행 시점으로 판단되면 재생 동작 모드가 수행될 수 있다. 일 실시 예에따른 세척 장치(200)가 재생 동작 모드로 작동하는 경우, 재생부(130)에서 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 생성하고, 재생수를 연수부(120)에 공급해 이온 교환체를 재생시킬 수 있다.

이하, 입력부(205)에 의해 재생 동작 명령이 입력되는 경우 외에 일 실시 예에 따른 세척 장치(200)의 재생 동작 시점 판단 방법에 대해 상세하게 설명한다.

제어부(230)는 경도 센서의 감지 결과가 출력되면 경도 센서의 출력 신호에 의해 연수 내부에 포함되는 경도 성분(Ca2+, Mg2+)을 판단하고, 경도 센서의 출력이 미리 설정된 제 1 기준경도에 도달하면 재생부(130)에서 재생 동작이 수행되도록 제어할 수 있다.

또한, 전기전도도센서의 감지 결과가 출력되면 전기전도도센서의 출력 신호에 의해 연수 내부에 포함되는 경도 성분(Ca2+, Mg2+)을 판단하고, 전기전도도센서의 출력이 미리 설정된 제 2 기준전도도에 도달하면 재생부(130)에서 재생 동작이 수행되도록 제어할 수 있다.

또한, 유량 센서의 감지 결과가 출력되면 유량 센서의 출력 신호에 의해 연수부(120)에서 처리한 연수 용량을 카운트하고, 유량 센서의 출력이 미리 설정된 제3 기준유량에 도달하면 재생부(130)에서 재생 동작이 수행되도록 제어할 수 있다.

다음으로, 연수 과정 및 재생 과정 수행 후 연수 및 농축수의 흐름 제어 과정에 대해 설명한다.

살균 동작 모드가 입력된 경우, 연수부(120)에서 토출된 수소 이온(H+)을 포함하는 연수가 살균 또는 스케일 제거가 요구되는 위치로 공급된다. 전술한 바와 같이 연수는 수소 이온(H+)을 다량 함유한 산성수 이므로, 제 2 유로부(142)를 통해 연수가 세척조(290)로 유입되도록 하여 세척조(290)의 살균 및 스케일 제거 작업이 수행되도록 할 수 있다.

세척 동작 모드가 입력된 경우, 연수부(120)에서 토출된 연수와 세제공급장치(150)부터 공급된 세제가 혼합되어 세척조(290)로 공급된다. 이 경우 수소 이온(H+)을 다량 함유한 연수는 세척수로 이용될 수 있다.

재생 동작 모드가 입력되거나, 재생 동작의 수행 시점으로 판단된 경우 전극(131)에 전원이 인가되어 물의 전기 분해가 일어난다. 물의 전기 분해를 통해 고농도의 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 얻을 수 있으며, 재생 작업 완료 후 토출된 농축수는 드레인을 통해 외부로 배출될 수 있다.

이하, 일 실시 예에 따른 세척 장치(200)의 운전 방법에 대해 설명한다.

일 실시 예에 따른 세척 장치(200)의 운전 방법은 경도 성분을 포함하는 원수를 연수 장치(100)에 공급해 수소 이온을 포함하는 연수를 생성하는 단계 및 생성된 연수를 세척 기기의 세척 또는 살균에 제공하는 단계를 포함한다. 여기서, 생성된 연수를 세척 기기의 세척에 제공하는 단계는 생성된 연수에 세제를 공급하고 세제가 공급된 연수를 세척 기기의 세척에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 세척 장치(200)에 포함된 연수 장치(100)는 수차례 연수 동작을 시행한 후 주기적으로 이온 교환체의 재생이 필요한 바, 이온 교환체의 재생이 필요하다고 판단되면 연수 장치(100)의 재생 운전을 수행하는 단계가 수행될 수 있다.

도 14는 일 실시 예에 따른 세척 장치(200)의 운전 과정을 도시한 순서도이다. 이하, 일 실시 예에 따른 세척 장치(200)의 운전 방법에 대해 세탁기를 예로들어 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 14를 참조하면, 일 실시 예에 따른 세척 장치(200)에 원수가 급수되면 연수부(120)에서 원수가 연수화 된다. 즉, 연수부(120)를 통과하며 원수의 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 제거된다(310, 320).

경도 센서는 연수부(120)에서 토출되는 연수의 경도를 감지한다. 연수화 과정 초반에는 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 거의 감지되지 않지만, 연수화가 수차례 진행됨에 따라 이온 교환체(121)에 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 축적되고 일정 수치 이상의 경도가 감지될 수 있다. 이에, 경도 센서는 주기적으로 연수부(120)에서 출력되는 연수의 경도를 감지하고, 감지 결과를 제어부(230)로 출력한다(330).

제어부(230)는 경도 센서의 출력을 입력받고, 경도 센서의 출력 값을 판단한다. 판단 결과 연수부(120)에서 토출되는 연수의 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 미리 설정된 제 1 기준경도에 도달한 것으로 판단되면 재생부(130)에서 재생 작업이 수행되고, 미리 설정된 제 1 기준경도에 도달하지 않은 것으로 판단되면 살균 모드가 입력 되었는지 판단한다(340, 350).

연수의 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 미리 설정된 제 1 기준경도에 도달한 것으로 판단되면, 재생 작업의 수행이 필요한 것으로 판단된다. 이에, 재생부(130)의 전극(131)에 전원이 공급되고 재생부(130)에 유입되는 원수가 전기 분해된다. 원수가 전기 분해되면 수소 이온(H+)이 발생되고 수소 이온(H+)과 이온 교환체(121)에 결합된 경도 성분(Ca2+, Mg2+) 간에 이온 교환이 일어나며 재생 작업이 수행된다. 재생 작업이 완료되면 연수부(120)로 원수가 급수되고 재생된 이온 교환체(121)에 의해 원수가 연수화된다(342, 344, 310, 320).　여기서, 재생 작업시 생성되는 농축수와 알칼리수는 제 3 유로부(143) 및 드레인(190)을 통해 배출된다. 아울러, 도 9에서 설명한 바와 같이 미리 저장한 연수를 공급하여 재생 작업을 수행할 수도 있다.

연수의 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 미리 설정된 제 1 기준경도에 도달하지 않은 것으로 판단되면, 연수부(120)에서 토출된 연수가 살균 동작 모드 또는 세척 동작 모드 수행에 공급된다(350).

입력부(205)에서 살균 모드가 입력된 것으로 판단되면 연수부(120)에서 토출된 연수가 제 2 유로부(142)를 통해 세척조(290)로 공급되고, 세척조(290)의 살균 및 스케일 제거에 이용된다(350, 352, 354).

입력부(205)에서 살균모드가 입력되지 않은 것으로 판단되면 세척 모드가 입력된 것으로 판단된다. 이에, 세제공급장치(150)를 통해 제 1 유로부(141)로 유입된 연수에 세제가 공급된다. 세제를 공급받은 연수는 세척조(290)에 공급되고, 세척에 제공된다(350, 360, 362, 364).

한편, 세척 장치(200)의 운전 방법은 도 14 에 한정되는 것은 아니며, 세척 작업 진행 후 재생 작업이 진행되도록 할 수 있고, 입력부(205)에 의해 직접 재생 동작이 수행되도록 할 수 있다. 즉, 개시된 발명에 따른 세척 장치(200)의 운전 방법은 당해 업계에서 통상의 지식을 지닌 자가 용이하게 변경할 수 있는 범위 내의 과정을 포함하는 개념으로 이해되어야 할 것이다.

100 : 연수 장치 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　120 : 연수부
121 : 이온 교환체 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　130 : 재생부
140 : 밸브 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　150 : 세제공급장치
160 : 히터 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　170 : 저장 탱크
200 : 세척 장치　

Claims

수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 발생시키는 재생부; 및
상기 재생수를 공급받아 재생되는 이온 교환체를 포함하며, 경도 성분을 포함하는 원수를 수소 이온(H+)을 포함하는 연수로 변환하는 연수부를 포함하는 연수 장치.
제1항에 있어서,
상기 재생부는 물을 전기 분해하여 수소 이온(H+)을 발생시키는 연수 장치.
제2항에 있어서,
상기 물은 연수를 포함하는 연수 장치.
제1항에 있어서,
상기 재생부는 외관을 형성하는 하우징, 상기 하우징 내부에 마련되는 전극을 포함하는 연수 장치.
제 4항에 있어서,
상기 이온 교환체는 바인더를 통해 상기 전극의 일면에 결합되어 상기 재생부와 상기 연수부가 일체로 형성되는 연수 장치.
제 5항에 있어서,
상기 바인더는 무기 바인더 및 다공성 바인더를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 재생부는 사이클론형 하우징과, 상기 하우징 내부에 마련되는 원통형 양전극과, 상기 양전극의 중심축 선에 배치되는 음전극을 포함하고,
상기 이온 교환체는 상기 양전극 및 음전극 사이 공간에 배치되는 연수 장치
제 1항에 있어서,
상기 연수부에서는, 상기 원수의 경도 성분이 상기 이온 교환체에 흡착됨과 동시에 상기 이온 교환체의 수소 이온(H+)이 탈착 되며 상기 원수가 연수화되는 연수 장치.
제1항에 있어서,
상기 연수부에서는, 상기 재생부로부터 공급받는 상기 재생수에 포함된 상기 수소 이온(H+)이 상기 이온 교환체에 흡착됨과 동시에 상기 이온 교환체의 경도 성분이 탈착 되며 상기　이온 교환체가 재생되는 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이온 교환체는 제올라이트와 활성탄, 백금(Pt), 티타늄(Ti), 산화 티타늄(TiO2), 카본 블랙(Carbon black) 및 망간(Mn)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 복합 구조체인 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이온 교환체는 비드 또는 파우더 타입으로 마련된 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 연수부 및 상기 재생부　중 적어도 하나에　공급되는 공급수를 가열하는 히터;를 더 포함하는 연수 장치.
세척 기기;
연수 장치; 및
상기 세척 기기와 상기 연수 장치의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 연수 장치는, 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 발생시키는 재생부 및 상기 재생수를 공급받아 재생되는 이온 교환체를 포함하고 경도 성분을 포함하는 원수를 수소 이온(H+)을 포함하는 연수로 변환하는 연수부를 포함하는 세척 장치.
제 13항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 세척 기기가 살균 동작 모드로 작동하는 경우, 상기 연수부에서 수소 이온(H+)을 포함하는 연수를 생성하여 상기 연수를 상기 세척 기기의 살균 또는 스케일 제거에 제공하는　세척 장치.
제 13항에 있어서,
상기 연수부에서 토출된 연수에 세제를 공급하는 세제공급장치;를 더 포함하는 세척 장치.
제 15항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 세척 기기가 세척 동작 모드로 작동하는 경우, 상기 연수부에서 토출된 연수와 상기 세제공급장치로부터 공급된 세제가 혼합되어 상기 세척 기기에 제공되도록 제어하는 세척 장치.
제 13항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 세척 기기가 재생 동작 모드로 작동하는 경우, 상기 재생부에서 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 생성하고, 상기 재생수를 상기 연수부에 공급하여 이온 교환체를 재생시키는 세척 장치.
제 13항에 있어서,
상기 연수부에서 발생하는 연수 또는 경도 성분을 포함하는 농축수를 가이드하는 유로부;를 더 포함하는 세척 장치.
제 13항에 있어서,
상기 연수부에서 토출된 연수의 경도를 감지하는 경도 센서;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 경도 센서의 출력이 미리 설정된 제 1 기준경도에 도달하면 재생 동작 모드를 수행하는 세척 장치.
제 13항에 있어서,
상기 연수부에서 토출된 연수의 전기전도도를 감지하는 전기전도도 센서;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 전기전도도 센서의 출력이 미리 설정된 제 2 기준전도도에 도달하면 재생 동작 모드를 수행하는 세척 장치.　　
제 13항에 있어서,
상기 연수부에서 토출된 연수의 유량을 감지하는 유량 센서;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 유량 센서의 출력이 미리 설정된 제 3 기준유량에 도달하면 재생 동작 모드를 수행하는 세척 장치.
제 13항에 있어서,
상기 제어부는 상기 세척 기기의 세척 동작 모드　또는 살균　동작 모드의 진행 중에　재생 동작 모드가 수행되도록 제어하는 세척 장치.
제 13항에 있어서,
상기 재생부는 외관을 형성하는 하우징, 상기 하우징 내부에 마련되는 전극을 포함하고,
상기 이온 교환체는 바인더를 통해 상기 전극의 일면에　결합되어 상기 재생부와 상기 연수부가 일체로 형성되는 세척 장치.
제 23항에 있어서,
상기 바인더는 무기 바인더 및 다공성 바인더를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나인 세척　장치.
제 13항에 있어서,
상기 연수부 및 상기 재생부　중 적어도 하나에　공급되는 공급수를 가열하는 히터;를 더 포함하는 세척　장치.
세척 기기와, 수소 이온(H+)을　흡착한 이온 교환체를 포함하는 연수 장치를 포함하는 세척 장치의 운전 방법으로,
경도 성분을 포함하는 원수를 연수 장치에 공급해 수소 이온을 포함하는 연수를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 연수를 상기 세척 기기의 세척 또는 살균에 제공하는 단계;를 포함하는 세척 장치의 운전 방법.
제 26항에 있어서,
상기 생성된 연수에 세제를 공급하고, 상기 세제가 공급된 연수를 상기 세척 기기의 세척에 제공하는 단계;를 더 포함하는 세척 장치의 운전 방법.
제 26항에 있어서,
상기 경도 성분을 포함하는 원수에 히터를 통해 열을 가하는 단계;를 더 포함하는 세척 장치의 운전 방법.
제 26항에 있어서,
상기 연수 장치의 재생이 필요한 시점인지를 판단하는 단계; 및
상기 판단 결과 재생이 필요하다고 판단되면 상기 연수 장치의 재생 운전을 수행하는 단계;를 더 포함하는 세척 장치의 운전 방법.
제 29항에 있어서,
상기 연수 장치의 재생이 필요한 시점인지를 판단하는 단계는;
상기 생성된 연수의 경도값을 감지하는 것과, 상기 생성된 연수의 전기전도도를 감지하는 것과, 상기 연수 장치에서 생성된 연수의 총 유량을 감지하는 것 중 적어도 하나에 의해 판단하는 것을 포함하는 세척 장치의 운전 방법.