KR20150112387A

KR20150112387A - 연수 장치

Info

Publication number: KR20150112387A
Application number: KR1020140036448A
Authority: KR
Inventors: 임창배; 안화승; 김다은; 박희진; 정문일; 정인조
Original assignee: 삼성전자주식회사; 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-10-07
Also published as: EP2924011B1; EP2924011A1; KR102208817B1; US20150274545A1; US10071917B2

Abstract

개시된 발명은 전기 분해에 의한 수소 이온(H+)으로 반복 재생 가능한 이온 교환체를 가지는 연수 장치를 제공하고자 한다.
일 실시 예에 따른 연수 장치는 물을 전기 분해하여 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 생성하는 재생부와, 재생수를 공급받아 재생되는 이온 교환체를 포함하고, 경도 성분을 포함하는 원수를 연수로 변환하는 연수부와, 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하도록 제어하는 제어부를 포함한다. 이온 교환체는 1-5 범위 내의 Si/Al 비율을 가지고, 내부에 4 nm 크기 이상의 기공을 가지는 것을 포함할 수 있다.
　　

Description

연수 장치 { SOFTENING APPARATUS }

개시된 발명은 연수 장치에 관한 발명으로, 보다 상세하게 전기 분해에 의한 수소 이온(H+)으로 반복 재생 가능한 이온 교환체를 가지는 연수 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.

미생물 오염 문제의 경우, 고온살균, 표백제 이온살균, 음이온 살균 등의 방법이 적용되어 왔으나, 이들 방법 또한 고에너지가 요구되거나 추가적인 소모 약품 투입으로 인하여 소비자의 불편함을 초래하는 문제가 있었고, 환경 규제로 인해 실제 시스템의 적용에 어려운 문제점이 있었다. 아울러, 스케일 성분에 의한 오염 문제의 경우 실질적인 대응 방안이 부족한 실정이다.

이에, 양이온교환수지를 이용한 이온교환방식이 개발되었으며, 이 경우 폴리머 체인 안에 술포닐기나 카복실기와 같은 기능기가 존재하여 기능기의 짝이온인 나트륨 이온(Na+)을 내어 놓고 칼슘 이온(Ca2+), 마그네슘 이온(Mg2+)과 같은 양이온의 경도 성분을 흡착하는 방식이 적용되었다. 다만 이 경우 폴리머 안의 기능기 숫자가 유한하므로 칼슘 이온(Ca2+), 마그네슘 이온(Mg2+)과 같은 금속 양이온을 모두 흡착하면 더 이상 양이온을 흡착할 수 없어 흡착된 양이온을 떨어뜨리고 다시 흡착시킬 수 있도록 재생 과정이 필요하게 된다.

연수 후 재생과정을 가지는 시스템에는 이온교환수지 방법, 축전식 탈염 방법, 양극성 막을 이용한 방법 등이 있다. 하지만 고가격, 재생의 불편함, 환경오염의 문제 등으로 사용이 어려운 상태이다.

개시된 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기 분해에 의한 수소 이온(H+)으로 반복 재생 가능한 이온 교환체를 가지는 연수 장치를 제공하고자 한다.

보다 상세하게, 특정 크기 이상의 기공(pore) 사이즈를 가지며 Si/Al 비율이 1 내지 5 범위를 가지는 이온 교환체를 포함하는 연수 장치를 제공하고자 한다.

또한, pH 2-4 범위를 가지는 재생수를 생성해 이온 교환체에 공급하는 연수 장치를 제공하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 개시된 발명의 일 측면에 따른 연수 장치는 물을 전기 분해하여 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 생성하는 재생부, 재생수를 공급받아 재생되고, 경도 성분을 포함하는 원수를 연수로 변환하는 이온 교환체를 포함하는 연수부 및 재생 시점인지 판단하고, 재생 시점으로 판단되면 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

또한, 이온 교환체는 1-5 범위 내의 Si/Al 비율을 가질 수 있다.

또한, 이온 교환체는 내부에 기공을 가질 수 있다.

또한, 기공은 4 nm 이상 크기를 가질 수 있다.

또한, 이온 교환체는 전기 분해하여 생성된 재생수에 내산성을 가질 수 있다.

또한, 이온교환체는 Y 제올라이트를 포함할 수 있다.

또한, 이온교환체는 파우더(powder) 형태, 비드(bead) 형태 또는 섬유(fiber) 형태 중 적어도 하나의 형태로 마련될 수 있다.

또한, 이온교환체는 섬유상 또는 다공성 폴리머에 부착된 형태로 마련될 수 있다.

또한, 폴리머는 폴리프로필렌(PP, polypropylene)을 포함하는 재질로 마련될 수 있다.

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

또한, 제어부는 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하도록 전극에 인가되는 전원을 제어할 수 있다.

또한, 제어부는, 재생수가 주기적으로 이온 교환체에 공급되도록 제어할 수 있다.

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

또한, 연수부에서 토출된 연수의 전기전도도를 감지하는 전기전도도 센서를 더 포함하고, 제어부는 전기전도도센서의 출력이 미리 설정된 제 2 기준전도도에 도달하면 재생 시점으로 판단할 수 있다.

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

또한, 재생수의 pH를 판단하는 pH 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 제어부는 상기 pH 센서의 감지 데이터를 획득해 상기 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하도록 제어할 수 있다.

다음으로, 개시된 발명의 일 측면에 따른 물을 전기 분해하여 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 생성하는 재생부 및 재생수를 공급받아 재생되고, 경도 성분을 포함하는 원수를 연수로 변환하는 이온 교환체를 포함하는 연수부를 포함하는 연수 장치의 제어 방법은, 이온 교환체의 재생 시점인지 판단하고, 이온 교환체의 재생 시점으로 판단되면 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하는 것을 포함한다.

또한, 재생부는 전극을 포함하고, 상기 이온 교환체의 재생 시점으로 판단되면 상기 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하는 것은, 상기 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하도록 상기 전극에 인가되는 전원을 제어하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 연수 장치는 상기 재생수의 pH를 판단하는 pH 센서를 더 포함하고, 상기 이온 교환체의 재생 시점으로 판단되면 상기 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하는 것은, 상기 pH 센서의 감지 데이터를 획득해 　pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 연수 장치는 상기 연수부에서 토출된 연수의 경도를 감지하는 경도 센서를 더 포함하고, 상기 이온 교환체의 재생 시점인지 판단하는 것은 상기 경도 센서의 출력이 미리 설정된 제 1 기준경도에 도달하면 재생 시점으로 판단하는　것을 포함할 수 있다.

또한, 연수 장치는 상기 연수부에서 토출된 연수의 전기전도도를 감지하는 전기전도도 센서를 더 포함하고, 상기 이온 교환체의 제생 시점인지 판단하는 것은 상기 전기전도도센서의 출력이 미리 설정된 제 2 기준전도도에 도달하면 재생 시점으로 판단할 수 있다.

또한, 연수 장치는 상기 연수부에서 토출된 연수의 유량을 감지하는 유량 센서를 더 포함하고, 상기 이온 교환체의 재생 시점인지 판단하는 것은 상기 유량 센서의 출력이 미리 설정된 제 3 기준유량에 도달하면 재생 시점으로 판단할 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 연수 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 연수 장치의 제어 블럭도이다.
도 3은 제올라이트 구조의 예로 Y 제올라이트와 A 제올라이트의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 규소와 알루미늄의 원자수 비에 따른 제올라이트의 종류를 도시한 도면이다.
도 5는 제올라이트 종류에 따른 기공의 크기를 도시한 도면이다.
도 6은　제올라이트의 종류에 따른 구성 성분을 도시한 도면이다.
도 7은 칼슘 이온이 수화된 모습을 도시한 도면이다.
도 8은 Y 제올라이트(도 7의 (a)) 및 A 제올라이트(도 7의 (b))의 기공의 크기를 비교 도시한 도면이다.
도 9는 산의 종류와 관련해 염화수소(HCl), 아세트산(CH3COOH) 및 전기 분해에 의한 이온수에 따른 Y 제올라이트의 내산성을 도시한 도면이다.
도 10은 재생수의 pH에 따른 재생 후 농축수의 경도를 도시한 도면이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 연수 장치의 연수 과정을 도시한 도면이다.　
도　12는 일 실시 예에 따른 연수 장치의　재생 과정을 도시한 도면이다.
도 13은 도 11 및 12에서 진행되는 연수 및 재생 과정을 화학식으로 표현한 도면이다.
도 14는 pH 센서를 더 포함하는 연수 장치의 구성도이다.
도 15는 도 14의 연수 장치의 제어 블럭도이다.
도 16은 일 실시 예에 따른 연수 장치의 제어 흐름도이다.
도 17은 pH 센서를 포함하는 연수 장치의 제어 과정을 도시한 제어 흐름도이다.

본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 개시된 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 장치에 관한 발명이다. 본 명세서에서는, 설명의 편의상 연수 장치에 유입되는 경도 성분을 포함하는 공급수를 원수로, 연수부에서 토출 된 경도 성분이 제거된 원수를 연수로, 전기분해시 양전극에서 발생되어 이온 교환체에 공급되는 수소 이온(H+)의 농도가 높은 공급수를 재생수로, 전기 분해 시 음전극에서 발생되어 외부로 배출되는 수산화 이온(OH-)의 농도가 높은 물을 알칼리수로, 재생 과정에서 생성된 고농도의 경도 성분을 함유한 재생 폐수를 농축수로 지칭하였다. 아울러, 경도 성분은 칼슘 이온(Ca2+) 및 마그네슘 이온(Mg2+)을 비롯해 플러스 차지를 가지는 양이온을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이며, lindeX는 X 제올라이트와, lindeY는 Y 제올라이트와 혼용해서 사용할 수 있다.

본 출원서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 도는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.

도 1은 일 실시 예에 따른 연수 장치(100)의 구성도이고, 도 2는 도 1의 연수 장치(100)의 블럭도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 연수 장치(100)는 연수 장치(100)의 작동을 위한 명령을 입력하는 입력부(105)와, 유입구(101)와 유출구(102)를 구비하는 하우징(110)과, 물을 전기 분해하여 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 생성하는 재생부(120)와, 재생수를 공급받아 재생되고 경도 성분을 포함하는 원수를 수소 이온(H+)을 포함하는 연수로 연수화하는 이온 교환체를 포함하는 연수부(130)와, 연수부(130)에서 토출된 연수, 재생부(120)에서 토출된 알칼리수, 재생수 및 농축수를 가이드하는 유로부(140)와, 재생 시점 감지를 위한 데이터를 획득하는 센서부(145)와, 재생 시점을 판단하고 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하도록 제어하는 제어부(150)를 포함한다.

연수부(130)와 재생부(120)는 각각 연수와 재생을 위해 마련되며 구성요소가 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 연수 작용을 할 대에는 연수부(130)로, 재생 작용을 할 때에는 재생부(120)로 지칭될 수 있다.

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

입력부(105)는 사용자로부터 연수 장치(100) 수행을 활성화시키는 운전 명령 및 재생 모드 수행을 비활성화 시키는 운전 정지 명령을 입력받는다. 아울러, 자동으로 재생 모드가 수행되도록 하는 자동 재생 모드를 입력받을 수 있으며, 수동으로 재생 모드를 활성화 시키는 재생 모드 활성화 명령 및 재생 모드를 비활성화시키는 재생 모드 비활성화 명령을 입력받을 수 있다. 연수 장치의 운전 명령 입력부 또는 재생 모드의 활성화 명령 입력부를 포함한 입력부(105)는 가압식 스위치 또는 터치 패드를 채용할 수 있다.

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(103)가 구비되어 유입구(101)로 유입되는 원수와 유출구(102)로 유출되는 연수의 흐름을 소통 및 차단한다. 연수 장치(100)의 작동 과정에 따라 밸브(103)를 조절하여 원수의 유입과 연수의 유출을 적절하게 조절할 수 있다.

재생부(120)는 이온 교환체에 축적된 경도 성분(Ca2+, Mg2+)의 불순물을 제거하도록 원수가 전기분해 되는 부분이다. 보다 상세하게 물의 전기 분해 시 발생되는 수소 이온(H+)을 이온 교환체에 공급해 이온 교환체를 재생시킨다.

재생부(120)는 원수를 전기 분해시키기 위한 전극(125)과, 전극(125)에 전원을 인가하기 위한 전원공급장치(127)와, 전극(125) 사이에 마련되어 선택적으로 이온을 투과시키는　격막(129)을 포함할 수 있다.

전극(125)은 판상형 또는 원형 형태로 마련된 단일 또는 복수개의 양전극(125a)과 음전극(125b)을 포함할 수 있으며, 도 1의 연수부(130) 및 재생부(120)의 확대 구성도에서는 각각 하나의 양전극(125a) 및 음전극(125b)이 판상 형태로 마련된 경우를 예로 들어 도시하였다. 아울러, 전극은 도전성 재료로 마련되는 것이 일반적이나 일 실시 예의 일 예에 따른 전극(125)은 도전성 뿐만 아니라 이온 교환 성능을 갖는 물질로 마련될 수 있다.

격막(129)은　양전극(125a)과 음전극(125b) 사이에 설치되어, 양전극(125a)과 음전극(125b)을 분리시킨다. 양전극(125a) 및 음전극(125b)이 복수개 마련된 경우 격막(129) 역시 복수개 마련되어 양전극(125a)과 음전극(125b)을 분리시킬 수 있으나, 본 실시 예는 하나의 양전극(125a) 및 음전극(125b)이 마련되는 경우로 단일의 격막(129)에 의해 양전극(125a)과 음전극(125b)이 분리된다.

격막(129)은 이온을 선택적으로 투과시키는 특성을 갖는다. 보다 상세하게, 양이온만 선택적으로 투과시킬 수 있으며, 이에 음전극(125b)에서 발생한 수산화 이온(OH-)이 양전극(125a)에서 발생한 수소 이온(H+)과 혼합되어 이온 교환체에 공급되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 일 실시 예에 따른 격막(129)은 부직포, 멤브레인 및 양이온 교환막을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

연수부(130)는 유입구(101)를 통해 유입되는 원수의 경도 성분(Ca2+, Mg2+)을 제거하여 원수를 연수화하는 부분으로, 이온 교환체의 이온 교환 능력에 의해 연수가 만들어진다. 연수부(130)는 재생부(120)와 일체로 마련되거나 분리된 형태로 마련될 수 있으며, 도 1에서는 연수부(130)와 재생부(120)가 일체로 마련된 경우를 예로 들어 도시하였다.

이온 교환체는 이온 교환 능력을 가지는 이온 교환 매개체가 되는 물질로 이온교환수지와 제올라이트로 구분되며, 일 실시 예에 따른 이온 교환체로는 제올라이트가 사용될 수 있다. 개시된 발명은, 이온 교환체로 제올라이트가 사용되는 경우에 대한 것이다.

제올라이트에서 이온 교환이 일어나는 원리는 제올라이트의 구조와 관련된다. 　이와 관련해, 도 3은 일반적인 제올라이트의 예로 Y 제올라이트와 A 제올라이트의 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 제올라이트의 주요한 구성 성분인 규소(Si)와 알루미늄(Al)의 원자 수 비에 따른 제올라이트의 종류를 도시한 도면이고,　도 5는 제올라이트 종류에 따른 기공의 크기를 도시한 도면이고, 도 6은　제올라이트의 종류에 따른 구성 성분을 도시한 도면이다.

도 3의 (a)에 도시된 Y 제올라이트 및 도 3의 (b)에 도시된 A 제올라이트와 같이 일반적으로 제올라이트는 내부에 기공을 가지는 3차원 구조를 가진다. 제올라이트는 규소와 알루미늄을 기본 구성 단위로 하며, 골격 구조에 따라 여러 종류의 제올라이트로 구분된다. 지금까지 약 200여 가지의 제올라이트가 발견되었으며, 개시된 발명에서는 내부에 기공을 가지는 제올라이트의 기본 골격 구조를 바탕으로 하여 일부 제올라이트를 선택해 이온 교환체로 적용하고자 한다.

개시된 발명에 따른 연수 장치(100)에 적용 가능한 제올라이트는 1-5 범위 내의 Si/Al 비율을 가지고, 내부에 4 nm 이상 크기의 기공을 가질 수 있다. 아울러, 제올라이트의 재생 시 반복적으로 산성 조건에 노출되므로 내산성을 가지는 제올라이트를 사용하는 것이 바람직하며, 보다 상세하게 pH 2-4 범위 내에서 내산성을 가지는 제올라이트를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 관련해 도 4를 참조하면, 5 이하의 Si/Al 비율을 가지는 제올라이트로는 코드번호 ABW, AFG, ANA, BIK, CAN, EDI, FAU, FRA, GIS, GMF, JBW, LAU, LEV, LIO, LOS, LTA, LTN, NAT, PAR, PHI, ROG, SOD, WEN, THO, TSC를 가지는 제올라이트가 있다. 또한, 도 5를　참조하면 Si/Al 비율 조건을 만족함과 동시에 4 nm 이상의 기공 크기를 가지는 제올라이트로는 코드번호 FAU, LTA의 제올라이트가 있다. 아울러 FAU의 예로는 Faujasite, linde X, linde Y, LZ-210, SAPO-37 제올라이트가 있으며, LTA의 예로는 Linde A, ZK-4, N-A, alpha, ZK-21, ZK-22, SAPO-42 제올라이트가 있다. 또한, 위의 조건을 만족함과 동시에 pH 2-4 범위 내에서 내산성을 가지는 조건을 만족시키는 제올라이트에는 linde X, linde Y가 포함될 수 있다.

도 5는 XRF(X-ray fluorescence)로 제올라이트 종류에 따른 내부 성분을 모니터링 한 결과이다. 도 5를 참조하면 CBV 720, CBV 780 및 ZSM-5의 경우 이온교환사이트를 의미하는 나트륨 짝이온 숫자가 적어서 연수 소재로 적용하기 어렵고, X 제올라이트의(CaX) 경우 Y 제올라이트(Y(Aldrich), NaY, HY)의 경우보다 Si/Al 비율이 상대적으로 낮아 내산성 측면에서 불리하다. 이에 개시된 발명의 이온 교환체로는 위의 조건을 모두 만족하는 Y 제올라이트를 사용할 수 있다.

이하, 1-5 범위 내의 Si/Al 비율을 가지고, 내부에 4 nm 이상 크기의 기공을 가지며, pH 2-4 범위 내에서 내산성을 가지는 조건에 따라 Y 제올라이트를 이온 교환체로 사용하는 원리에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 일 실시 예에 따른 제올라이트는 1-5 범위 내의 Si/Al 비율 조건을 가질 수 있으며, 이와 관련해 Y 제올라이트는 구조식 1로 표현될 수 있다.

구조식 1

구조식 1을 살펴보면 제올라이트는 실리콘과 알루미늄이 중심원자로 구성되며 분자 내의 알루미늄 부근이 음이온으로 하전되어 있어 금속 양이온을 흡착하며 이온 교환 능력을 가진다.

여러 제올라이트 중, A 제올라이트의 경우 실리콘과 알루미늄이 동일한 개수로 존재하는데, A 제올라이트의 경우는 식 1의 반응에 의해 A 제올라이트 안에 있는 Al이 산에 의해 분해되므로 재생 과정을 반복하며 사용할 수 없다.

식 1

Al2O3　+ 6 HCl → 2 AlCl3　+ 3 H2O

즉, 이온교환사이트는 알루미늄의 존재(보다 상세하게 알루미늄 부근의 음이온)에 의해 생기는 반면, 알루미늄이 너무 많이 존재하는 경우 식 1에 의한 부식 반응이 보다 활발하게 진행될 수 있으므로 적정 비율의 Al을 포함하는 것이 바람직하다. 즉, Si/Al 비율이 5가 넘게 되면 이온 교환사이트 수가 적어 이온 교환체로 사용하기에 적합하지 않다. 이에, 위의 두 조건을 모두 충족하도록 1-5 범위 내의 Si/Al 비율을 가지는 물질이 개시된 발명의 이온 교환체로 적용될 수 있다.

다음으로, 일 실시 예에 따른 제올라이트는 4 nm 이상의 크기를 가지는 기공을 포함하는 것이 바람직하다. 제올라이트 내부 기공의 크기가 4 nm 이상인 조건을 만족하지 않으면 칼슘 이온(Ca2+) 또는 마그네슘 이온(Mg2+) 등이 수화되었을 때 기공 내부에 존재하는 다른 양이온(나트륨 이온(Na+) 또는 수소 이온(H+) 등)과 이온교환이 일어나기 어렵기 때문이다.

이와 관련해, 도 7은 칼슘 이온(Ca2+)이 수화된 모습을 도시한 도면이고, 도 8의 (a)는 Y 제올라이트(도 3의 (a))의 기공의 크기를, 도 8의 (b)는 A 제올라이트(도 3의 (b))의 기공의 크기를 도시한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 칼슘 이온(Ca2+)이 수화될 경우 칼슘 이온(Ca2+)의 수화 반경은 약 4.2Å이다. 제올라이트를 통해 이온 교환이 원활하게 일어나기 위해서는 제올라이트의 기공이 수화 반경보다 더 커야하므로, 기공의 크기가 4 nm 이상인 조건을 만족하는 제올라이트가 개시된 발명의 이온 교환체로 적용될 수 있다.

예를 들어, 도 8의 (a)에 도시된 Y 제올라이트의 경우 내부 기공의 크기가 7.4Å이므로 수화 반경이 약 4.2Å인 칼슘 이온(Ca2+)이 제올라이트의 기공 안에 포함된 양이온과 용이하게 이온 교환될 수 있다. 그러나, 도 8의 (b)에 도시된 A 제올라이트의 경우 내부 기공의 크기가 4Å이므로 수화 반경이 약 4.2Å인 칼슘 이온(Ca2+)이 제올라이트의 기공 안에 포함된 양이온과 용이하게 이온 교환될 수 없다. 이에, Y 제올라이트를 이온 교환체로 적용하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 일 실시 예에 따른 제올라이트는 pH 2-4 범위를 가지는 전기 분해수에 대해 내산성을 가질 수 있다. 이와 관련해, 제올라이트의 내산성은 산의 종류 및 pH에 따라 차이가 있다.

도 9는 산의 종류와 관련해 염화수소(HCl), 아세트산(CH3COOH) 및 전기 분해에 의한 이온수(ionic-water)에 따른 Y 제올라이트의 내산성을 도시한 도면이고, 도 10은 재생수의 pH에 따른 재생 후 농축수의 경도를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 도 9의 (a)와 같이 염화수소를 재생수로 사용할 경우 38-41% 까지 이온교환 량의 감소가 있었고, 도 8의 (b)와 같이 아세트산을 재생수로 사용할 경우 28-30% 까지 이온 교환 량의 감소가 있었고, 도 8의 (c)와 같이 전기분해에 의한 이온수를 재생수로 사용한 경우 15-18% 까지 이온 교환량의 감소가 있었다. 본 실험 결과를 통해, 개시된 발명에 따른 연수 장치(100)는 Y 제올라이트를 효과적으로 반복 재생하여 사용하도록 하기 위해 전기 분해에 의한 재생수를 사용하는 것이 바람직 함을 확인할 수 있었다.

도 10을 참조하면, 재생수의 pH에 따라 Y 제올라이트의 재생 후 원수 재인입 시 연수의 경도가 도시되어 있다. 재생수의 pH가 3인 경우 재생 후 원수 재인입 시 연수의 경도가 약 20 ppm으로 가장 낮으며, 재생수의 pH가 2 및 4인 경우 재생 후 원수 재인입 시 연수의 경도가 약 40 ppm으로 pH가 3인 경우에 비해 상승하고 pH 5, pH 6, pH 1로 갈수록 원수 재인입 시 얀스의 경도는 상승한다. 재생 후 원수 재인입 시 연수의 경도가 낮다는 것은 원수에 포함된 경도 성분이 Y 제올라이트에 의해 효과적으로 연수화 되었다는 것을 의미한다. 따라서, pH가 2 내지 4를 가지는 재생수를 Y 제올라이트에 공급할 경우 보다 효과적으로 재생 과정을 수행할 수 있음을 알 수 있다.

이온 교환체는 주기적으로 수소 이온(H+)을 포함하는 전기분해에 의한 재생수에 노출된다. 따라서 내산성을 가지는 이온교환체, 보다 상세하게 pH 2-4 조건을 가지는 전기분해에 의한 재생수에 내산성을 가지는 Y 제올라이트가 개시된 발명의 이온 교환체로 적용될 수 있다.

이와 같은 원리에 따라, 1-5 범위 내의 Si/Al 비율을 가지고, 내부에 4 nm 이상 크기의 기공을 가지며, pH 2-4 범위 내의 전기 분해 수에 대해 내산성을 가지는 조건을 모두 만족하는 Y 제올라이트가 이온 교환체로 사용될 수 있다.

이온 교환체는 파우더(powder) 형태, 비드(bead) 형태 또는 섬유(fiber) 형태 중 적어도 하나의 형태로 마련될 수 있으며, 섬유상 또는 다공성 폴리머에 부착된 형태로 마련될 수 있다. 이온 교환체가 섬유상 또는 다공성 폴리머에 부착된 형태로 마련되는 경우, 폴리머는 폴리프로필렌(PP, polypropylene)을 포함하는 재질로 마련될 수 있다. 　

유로부(140)는 연수부(130)에서 생성된 연수와, 재생부(120)에서 생성된 재생수와, 농축수와, 알칼리수를 가이드한다. 재생 과정의 양전극(125a)측에서는 수소 이온(H+)을 포함하는 산성 성분의 재생수 및 경도 성분(Ca2+, Mg2+)을 포함하는 농축수가 생성될 수 있고, 음전극(125b)측에서는 수산화 이온(OH-)을 포함하는 알칼리수가 생성될 수 있다. 또한, 연수 과정의 양전극(125a) 측에서는 수소 이온(H+)을 포함하는 연수가 생성될 수 있다. 유로부(140)는 위의 재생수, 농축수, 알칼리수 및 연수를 비롯한 원수가 적절한 용도로 공급되도록 가이드한다.

유로부(140)는 제 1 유로부(140a)와, 제 2 유로부(140b)와, 제 3 유로부(140c)를 포함할 수 있다. 제 1 유로부(140a)는 하우징(110)의 유입구(101) 주위에 마련되어 원수가 이온 교환체로 공급되도록 가이드하고, 제 2 유로부(140b)는 하우징(110)의 유출구(102) 주위에 마련되어 양극 전극(125)측에서 생성되는 농축수가 배출되도록 가이드하거나 연수가 적절한 용도로 공급되도록 가이드하고, 제 3 유로부(140c)는 하우징(110)의 유출구(102) 주위에 마련되어 음극 전극(125)측에서 생성되는 알칼리수가 배출되도록 가이드한다.

센서부(145)는, 연수 장치(100)의 재생 시점을 판단하기 위해 연수 장치(100)의 하우징(110) 내부 또는 유출구(102) 주위에 마련될 수 있다. 일정 용량의 연수화 과정이 수행되면 이온 교환체에 축적된 불순물을 제거하기 위해 재생 작업을 수행해야 한다. 이에 센서부(145)에 의해 연수의 경도 성분 등을 감지하여 재생 시점을 판단할 수 있다.

센서부(145)는 경도센서, 전기전도도센서, 유량 센서 중 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 경도 센서는 연수부(130)에서 토출되는 연수의 경도 성분을 감지하고, 전기전도도센서는 연수부(130)에서 토출되는 연수의 경도 성분에 따른 전기 전도도 변화를 감지하고, 유량 센서는 연수부(130)에서 처리한 연수 용량을 감지하여 감지 결과를 제어부(150)에 출력한다.

제어부(150)는, 센서부(145)에서 감지된 결과를 출력받아 연수 장치(100)의 재생 시점을 판단하고, 재생 동작 시 적절한 pH 범위를 가지는 재생수가 생성되도록 제어한다.

재생 시점 판단과 관련해, 제어부(150)는 입력부(105)에 의해 재생 동작 명령이 입력되거나 미리 설정된 기준에 따라 재생 동작의 수행 시점으로 판단되면 재생 동작 모드가 수행되도록 한다. 이하, 입력부(105)에 의해 재생 동작 명령이 입력되는 경우 외에 미리 설정된 기준에 따라 자동으로 재생 모드가 수행되도록 하는 제어 과정에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 경도 센서를 통해 감지한 연수의 경도 데이터가 출력되는 경우, 경도 센서의 출력 신호에 의해 연수 내부에 포함되는 경도 성분의 양이 판단될 수 있다. 이 경우, 경도 센서의 출력이 미리 설정된 제 1 기준경도에 도달하면 재생 시점으로 판단된다.

또한, 전기전도도센서를 통해 감지한 연수의 전기 전도도 데이터가 출력되는 경우, 전기전도도센서의 출력 신호에 의해 연수 내부에 포함되는 경도 성분의 양이 판단될 수 있다. 이 경우, 전기전도도센서의 출력이 미리 설정된 제 2 기준전도도에 도달하면 재생 시점으로 판단된다.

또한, 유량 센서를 통해 감지한 연수의 유량 데이터가 출력되는 경우, 유량 센서의 출력 신호에 의해 연수부(130)에서 처리한 연수 용량이 카운트될 수 있다. 이 경우, 유량 센서의 출력이 미리 설정된 제 3 기준유량에 도달하면 재생 시점으로 판단된다.

재생 시점으로 판단되면, 재생이 효율적으로 수행되도록 하는 일정 범위의 pH를 가지는 재생수가 공급되어야 한다. 이에, 일 실시 예에 따른 연수 장치(100)는 pH 2-4 범위를 가지는 재생수가 공급되도록 제어될 수 있다.

재생수의 pH는 전극(125)에 인가되는 전압의 세기, 전류의 양, 전류가 흐르는 시간을 제어하여 조절할 수 있으며, 실험 결과 10 V의 전압을 Pt/Ti 재질의 7 cm * 22 cm의 크기를 가지는 전극(125)에 인가하고, 4 A의 전류를 2 시간 동안 흘리면서 전기분해를 실시할 경우, 양전극(125a)측 산성수의 pH는 3까지 낮아지며, 경도 성분으로 포화된 Y 제올라이트가 50 %로 재생됨을 확인하였다.

이에, 전극(125)의 형태, 크기, 재질 등에 따라 전압의 세기, 전류의 양, 전류가 흐르는 시간 등을 제어해 pH 2-4 범위 내의 재생수가 공급되도록 제어할 수 있으며, pH 조절과 관련한 제어부(150)의 제어 과정은 당해 업계에서 통상의 지식을 지닌 자가 용이하게 생각할 수 있는 범위 내의 제어를 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.

다음으로, 도 1에 도시한 일 실시 예에 따른 연수 장치(100)의 연수 및 재생 과정에 대해 상세하게 설명한다.

도 11은 일 실시 예에 따른 연수 장치(100)의 연수 과정을 도시한 도면이고,　도　12는 일 실시 예에 따른 연수 장치(100)의 재생 과정을 도시한 도면이고, 도 13은 도 11 및 12에서 진행되는 연수 및 재생 과정을 화학식으로 표현한 도면이다. 이하, 이온 교환체로 Y 제올라이트를 사용하는 경우를 예로 들어 연수 및 재생 과정에 대해 설명하도록 한다.

도 11을 참조하면, 유입구(101)를 통해 원수가 연수부(130)로 유입되면, 원수는 연수부(130) 내부에 배치된 Y 제올라이트에 도달한다. 원수가 Y 제올라이트에 도달하면, 원수에 포함된 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 Y 제올라이트에 포함된 양이온 성분과 이온교환되어, 결과적으로 하우징(110)의 제1 유출구(102)를 통해 연수가 토출된다. 즉, 원수의 연수화 과정은 원수의 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 이온 교환체에 흡착됨과 동시에 이온 교환체의 양이온 성분이 탈착 되며 진행된다.

화학반응식 1 및 2는 경도 성분(Ca2+, Mg2+)이 제올라이트 입자에 흡착되는 과정을 나타낸 것이다.

화학반응식 1

화학반응식 2

초기 제올라이트 입자는 종류에 따라 나트륨 이온(Na+)을 포함하는 NaY(s) 형태로 제공되거나 수소 이온(H+)을 포함하는 HY(s) 형태로 제공될 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 일어난다. 이에 재생 과정과 연수 과정이 반복됨에 따라 수소 이온(H+)과 경도 성분(칼슘 이온(Ca2+), 마그네슘 이온(Mg2+) 등) 간에 이온 교환이 반복해서 일어나게 되며, 재생 동작과 연수 동작의 이온 교환 과정에서 수소 이온(H+)이 주로 개입되게 된다.

즉, 초기 제올라이트 입자는 NaY(s) 형태 또는 HY(s) 형태로 제공될 수 있으나 재생 동작과 연수 동작이 반복해서 수행됨에 따라 제올라이트는 HY(s)의 형태로 연수 동작 및 재생 동작에 개입되게 되며, NaY(s) 형태의 제올라이트가 제공될 경우 NaY(s) 형태의 제올라이트는 초기 연수 과정에만 개입되게 된다.

일정 용량의 연수화 과정이 수행되면 Y 제올라이트에 축적된 불순물을 제거하기 위해 재생 작업을 수행해야 한다. 즉, 재생 작업을 통해 Y 제올라이트에 축적된 경도 성분(Ca2+, Mg2+)의 불순물을 제거함으로써 연수 장치(100)를 계속적으로 이용할 수 있다. 이하 도 11을 참조해 일 실시 예에 따른 연수 장치(100)의 재생 동작을 설명한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 재생부(120)의 양전극(125a)과 음전극(125b)에 전원을 인가하면 물이 전기 분해된다. 이에, 양전극(125a)에서는 화학반응식 3과 같은 반응이 일어나고, 음전극(125b)에서는 화학반응식 4와 같은 반응이 일어난다.

화학반응식 3

화학반응식 4

화학반응식 3 및 4와 같이, 양전극(125a)에서는 수소 이온(H+)의 농도가 풍부한 재생수가 생성되고, 음전극(125b)에서는 수산화 이온(OH-)의 농도가 풍부한 알칼리수가 생성된다.

재생수는 양전극(125a) 주위에 마련된 Y 제올라이트에 공급되고, 이 경우 고농도의 수소 이온(H+)에 의해 이온 교환체에 흡착된 칼슘 이온(Ca2+) 및 마그네슘 이온(Mg2+)이 수소 이온(H+)과 교환되며 Y 제올라이트가 재생된다. 한편, 알칼리수는 제 3 유로부(140c)를 통해 외부로 배출된다.

도 11 및 도 12의 동작 원리를 종합하면, 도 13과 같은 연수 재생 사이클이 도출될 수 있다. 도 13의 실선은 연수 과정을 도시한 것이고 점선은 재생 과정을 도시한 것이다.

도 13을 참조하면, Y 제올라이트는　HY(s),　NaY(s)와 같은 형태로 제공될 수 있다. 경도 성분(Ca2+, Mg2+)을 포함하는 원수가 연수부(130)의 Y 제올라이트에 공급되면 Y 제올라이트에 칼슘 이온(Ca2+) 또는 마그네슘 이온(Mg2+)이 흡착되고 동시에 Y 제올라이트의 양이온 성분인 수소 이온(H+) 또는 나트륨 　이온(Na+)이 탈착된다. 이에, 연수 동작 완료 후에는 제 2 유로부(140b)를 통해 수소 이온(H+) 또는 나트륨 이온(Na+)을 포함하는 연수가 토출 된다.

연수 과정 진행 후 필요에 따라 주기적으로 재생 과정이 수행되어야 한다. 재생 과정은 물의 전기 분해시 발생되는 수소 이온(H+)을 이용하며, 보다 상세하게 양전극(125a)에서 발생되는 pH 2-4 범위를 가지는 산성수가 재생수로 공급된다.

물의 전기 분해시 양전극(125a) 쪽에서 다량의 수소 이온(H+)이 발생되는데, 물의 전기 분해시 전극(125)에 인가되는 전압을 조절해 pH 2-4 범위를 가지는 산성수가 재생수로서 공급되도록 할 수 있다.

pH 2-4 범위를 가지는 재생수가 양전극(125a) 주위의 Y 제올라이트에 공급되면, 재생수는 Y 제올라이트에 흡착된 칼슘 이온(Ca2+) 또는 마그네슘 이온(Mg2+)과 이온 교환되어 Y 제올라이트를 재생시킨다. 재생 동작 완료 후에는 제 2 유로부(140b)를 통해 칼슘 이온(Ca2+) 및 마그네슘 이온(Mg2+)을 포함하는 농축수가 외부로 배출되며, 제 3 유로부(140c)를 통해 알칼리수가 외부로 배출된다.

이에, 위와 같은 방법으로 재생수를 생성한 후 재생수가 Y 제올라이트에 공급되도록 함으로써 Y 제올라이트가 반복적으로 연수 및 재생 과정에 제공되도록 할 수 있다.

다음으로, 다른 실시 예에 따른 연수 장치(100a)에 대해 설명한다. 도 14는 다른 실시 예에 따른 연수 장치(100a)의 구성도이고, 도 15는 도 14의 연수 장치(100a)의 블럭도이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 연수 장치(100a)는 연수 장치(100a)의 작동을 위한 명령을 입력하는 입력부(105a)와, 유입구(101a)와 유출구(102a)를 구비하는 하우징(110a)과, 물을 전기 분해하여 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 생성하는 재생부(120a)와, 재생수를 공급받아 재생되고 경도 성분을 포함하는 원수를 수소 이온(H+)을 포함하는 연수로 연수화하는 이온 교환체를 포함하는 연수부(130a)와, 연수 장치(100a)로 공급되는 원수, 연수부(130a)에서 토출된 연수, 재생부(120a)에서 토출된 알칼리수, 재생수 및 농축수를 가이드하는 유로부(140a : 140aa, 140ba, 140ca)와, 재생 시점 감지를 위한 데이터를 획득하는 센서부(145a)와, 재생수의 pH 조절을 위한 재생수의 pH 데이터를 획득하는 pH 센서(146a)와, 재생 시점을 판단하고 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하도록 제어하는 제어부(150a)를 포함한다. 재생부(120a)는 원수를 전기분해하는 전극(125a)을 포함할 수 있으며, 연수 pH 센서(146a) 외의 다른 구성은 도 1의 경우와 실질적으로 동일하므로 이하 중복되는 설명은 생략한다.

pH 센서(146a)는 재생수의 pH를 감지한다. 제어부(150a)는 pH 센서(146a)에서 감지한 pH 데이터를 이용해 재생수의 pH를 조절할 수 있다. 즉, pH 센서(146a)를 포함하는 본 실시 예의 경우 재생수의 pH를 직접적으로 조절하므로 pH 조절의 정확도를 향상시킬 수 있다.

다음으로, 일 실시 예에 따른 연수 장치(100a)의 제어 방법에 대해 설명한다.

연수 장치(100)의 제어 방법은 이온 교환체의 재생 시점인지 판단하고, 이온 교환체의 재생 시점으로 판단되면 재생부(120)에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하는 것을 포함한다.

이온 교환체의 재생 시점인지 판단하는 것은, 경도 센서의 출력이 미리 설정된 제 1 기준 경도에 도달하면 재생시점으로 판단하는 것을 포함할 수 있고, 전기전도도 센서의 출력이 미리 설정된 제 2 기준 전도도에 도달하면 재생시점으로 판단하는 것을 포함할 수 있고, 유량 센서의 출력이 미리 설정된 제 3 기준 유량에 도달하면 재생 시점으로 판단하는 것을 포함할 수 있다. 이는 전술한 바와 동일하며 이하 중복되는 설명은 생략한다.

이온 교환체의 재생 시점으로 판단되면 재생부(120)에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하는 것은, pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하도록 전극(125a)에 인가되는 전원을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 이 경우, 전원의 세기, 전류의 양 또는 전류가 흐르는 시간을 조절해 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성할 수 있으며 전술한 바와 중복되는 설명은 생략한다.

도 16은 일 실시 예에 따른 연수 장치(100)의 제어 흐름도이다. 이온 교환체의 재생 시점인지 판단하는 방법과 관련해 경도 센서를 사용하는 경우를 예로 들어 연수 장치(100)의 제어 과정을 설명하도록 한다.

일 실시 예에 따른 연수 장치(100)는 원수가 급수되고 연수화 과정이 반복해서 수행되면 이온 교환체의 재생 과정이 수행되어야 한다(210, 220). 재생 수행 시점으로 판단되면 재생 과정이 수행되는데, 재생 수행 시점의 판단은 경도 센서가 연수의 경도를 감지해 미리 설정된 제 1 기준 경도에 도달하면 재생 시점으로 판단될 수 있다(230, 240).

연수의 경도가 미리 설정된 제 1 기준 경도에 도달되지 않은 것으로 판단되면 경도 센서는 계속해서 연수의 경도를 감지한다. 연수의 경도가 미리 설정된 제 1 기준 경도에 도달된 것으로 판단되면, 전극에 전원이 공급되고 물이 전기분해된다. 이 때, 전극에 인가되는 전원의 세기, 전류의 양 또는 전류가 흐르는 시간을 조절해 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수가 생성될 수 있다(250). 생성된 재생수는 이온 교환체에 공급되어 이온 교환체의 재생에 제공된다(260).

다음으로, 다른 실시 예에 따른 연수 장치(100a)의 제어 방법에 대해 상세하게 설명한다. 다른 실시 예에 따른 연수 장치(100a)의 제어 방법은 연수 장치(100a)가 pH 센서를 포함하는 경우이다. pH 2-4 범위 내의 재생수를 발생시키기 위해 미리 전원의 세기, 전류의 양 또는 전류가 흐르는 시간을 조절할 수 있으나, pH 센서(146a)로 직접 재생수의 pH 데이터를 획득해 재생수의 pH를 조절할 수 있다.

도 17은 pH 센서(146a)를 포함하는 연수 장치(100a)의 제어 과정을 도시한 제어 흐름도이다. 이온 교환체의 재생 시점인지 판단하는 방법과 관련해 경도 센서를 사용하는 경우를 예로 들어 연수 장치(100a)의 제어 과정을 설명하도록 한다.

연수 장치(100a)는 원수가 급수되고 연수화 과정이 반복해서 수행되면 이온 교환체의 재생 과정이 수행되어야 한다(310, 320). 재생 수행 시점으로 판단되면 재생 과정이 수행되는데, 재생 수행 시점의 판단은 경도 센서가 연수의 경도를 감지해 미리 설정된 제 1 기준 경도에 도달하면 재생 시점으로 판단될 수 있다(330, 340). 이는 전술한 도 14와 실질적으로 동일하다.

연수의 경도가 미리 설정된 제 1 기준 경도에 도달되지 않은 것으로 판단되면 경도 센서는 계속해서 연수의 경도를 감지한다. 연수의 경도가 미리 설정된 제 1 기준 경도에 도달된 것으로 판단되면, 전극에 전원이 공급되고 물이 전기분해된다(350).

물이 전기분해되면 pH 센서(146a)는 전기분해된 재생수의 pH를 감지한다(360). 감지된 pH 데이터에 의해 재생수의 pH가 2-4 범위 내에 도달되지 않은 것으로 판단되면, 물의 전기 분해 및 재생수의 pH 감지 과정이 반복해서 수행된다. 한편, 재생수의 pH가 2-4 범위 내에 도달된 것으로 판단되면 재생수는 이온 교환체에 공급되고 재생 과정이 수행된다(370, 380).

개시된 발명에 따른 연수 장치(100) 및 그 제어 방법은 당해 업계에서 통상의 지식을 지닌 자가 용이하게 변경할 수 있는 범위를 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.

100 : 연수 장치 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　105 : 입력부
110 : 하우징 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　120 : 재생부
125 : 전극 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　127 : 전원공급장치
130 : 연수부 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　140 : 유로부
145 : 센서부 　　　　　　　　　　　　　

Claims

물을 전기 분해하여 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 생성하는 재생부;
상기 재생수를 공급받아 재생되고, 경도 성분을 포함하는 원수를 연수로 변환하는 이온 교환체를 포함하는 연수부; 및
재생 시점인지 판단하고, 재생 시점으로 판단되면 상기 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이온 교환체는 1-5 범위 내의 Si/Al 비율을 가지는 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이온 교환체는 내부에 기공을 가지는 연수 장치.
제 3항에 있어서,
상기 기공은 4 nm 이상 크기를 가지는 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이온 교환체는 전기 분해하여 생성된 재생수에 내산성을 가지는 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이온교환체는 Y 제올라이트를 포함하는 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이온교환체는 파우더(powder) 형태, 비드(bead) 형태 또는 섬유(fiber) 형태 중 적어도 하나의 형태로 마련된 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이온교환체가 섬유상 또는 다공성 폴리머에 부착된 형태로 마련된 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 폴리머는 폴리프로필렌(PP, polypropylene)을 포함하는 재질로 마련된 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 재생부는 외관을 형성하는 하우징, 상기 하우징 내부에 마련되는 전극을 포함하는 연수 장치.
제 10항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하도록 상기 전극에 인가되는 전원을 제어하는 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 재생수가 주기적으로 상기 이온 교환체에 공급되도록 제어하는 연수 장치.
제 1항에 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 시점으로 판단하는 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 연수부에서 토출된 연수의 전기전도도를 감지하는 전기전도도 센서;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 전기전도도센서의 출력이 미리 설정된 제 2 기준전도도에 도달하면 재생 시점으로 판단하는 연수 장치.
제 1항에 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 시점으로 판단하는 연수 장치.
제 1항에 있어서,
상기 재생수의 pH를 판단하는 pH 센서;를 더 포함하는 연수 장치.
제 16항에 있어서,
상기 제어부는 상기 pH 센서의 감지 데이터를 획득해 상기 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하도록 제어하는 연수 장치.
물을 전기 분해하여 수소 이온(H+)을 포함하는 재생수를 생성하는 재생부 및 상기 재생수를 공급받아 재생되고, 경도 성분을 포함하는 원수를 연수로 변환하는 이온 교환체를 포함하는 연수부를 포함하는 연수 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 이온 교환체의 재생 시점인지 판단하고,
상기 이온 교환체의 재생 시점으로 판단되면 상기 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하는 연수 장치의 제어 방법.
제 18항에 있어서,
상기 재생부는 전극을 포함하고,
상기 이온 교환체의 재생 시점으로 판단되면 상기 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하는 것은, 상기 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하도록 상기 전극에 인가되는 전원을 제어하는 것을 포함하는 연수 장치의 제어 방법.
제 18항에 있어서,
상기 연수 장치는 상기 재생수의 pH를 판단하는 pH 센서를 더 포함하고,
상기 이온 교환체의 재생 시점으로 판단되면 상기 재생부에서 pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하는 것은, 상기 pH 센서의 감지 데이터를 획득해 　pH 2-4의 범위를 가지는 재생수를 생성하는 것을 포함하는 연수 장치의 제어 방법.
제 18항에 있어서,
상기 연수 장치는 상기 연수부에서 토출된 연수의 경도를 감지하는 경도 센서를 더 포함하고, 상기 이온 교환체의 재생 시점인지 판단하는 것은 상기 경도 센서의 출력이 미리 설정된 제 1 기준경도에 도달하면 재생 시점으로 판단하는　것을 포함하는 연수 장치의 제어 방법.
제 18항에 있어서,
상기 연수 장치는 상기 연수부에서 토출된 연수의 전기전도도를 감지하는 전기전도도 센서를 더 포함하고, 상기 이온 교환체의 제생 시점인지 판단하는 것은 상기 전기전도도센서의 출력이 미리 설정된 제 2 기준전도도에 도달하면 재생 시점으로 판단하는 것을 포함하는 연수 장치의 제어 방법.
제 18항에 있어서,
상기 연수 장치는 상기 연수부에서 토출된 연수의 유량을 감지하는 유량 센서를 더 포함하고, 상기 이온 교환체의 재생 시점인지 판단하는 것은 상기 유량 센서의 출력이 미리 설정된 제 3 기준유량에 도달하면 재생 시점으로 판단하는 것을 포함하는 연수 장치.