KR20160082744A - 탈이온 필터 장치 및 이를 포함하는 수처리기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온 필터는 유입되는 원수에 포함된 고형물질을 흡착하는 전극과, 상기 전극에 전압을 인가하는 전원부를 포함하는 필터부, 상기 필터부를 통과하는 정수의 유량을 검출하는 유량센서, 상기 필터부로 유입되는 원수의 유량을 조절하는 유량조절부, 상기 원수에 포함된 총용존고형물(TDS: Total Dissolved Solution)에 대해 상기 전극에 의해 제거되는 고형물질의 비율인 TDS 제거율을 검출하는 TDS 제거율 검출부 및 상기 TDS 제거율에 따라 상기 전원부를 제어하여 상기 전압을 조절하거나, 상기 유량조절부를 제어하여 상기 필터부로 유입되는 원수의 유량을 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

탈이온 필터 장치 및 이를 포함하는 수처리기{DEIONIZATION FILTER DEVICE AND WATER TREATMENT APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 탈이온 필터 장치 및 이를 포함하는 수처리기에 관한 것이다.

탈이온 필터는, 원수에 포함된 이온물질 등을 전기적 인력을 이용하여 제거하여 정수를 생성하는 필터이다. 상기 탈이온 필터는, 다양한 방법을 이용하여 상기 원수에 포함된 이온물질을 제거할 수 있다.

일반적으로 탈이온 필터는 전극과 전극에 전압을 인가하는 전원부를 포함하는데, 이러한 탈이온 필터의 이온 제거율은 탈이온 필터의 누적 통수량에 따라 달라질 수 있다.

종래의 탈이온 필터는, 누적 통수량에 관계없이 일정한 전극에 일정한 전압을 인가한다. 이에 따라, 종래의 탈이온 필터는 탈이온 필터의 누적 통수량에 따라 탈이온 필터를 통과하여 출수되는 물의 TDS값이 달라지게 되는 문제점이 있다.

하기의 특허문헌 1은 탈이온 필터에 관한 것이나, 상술한 문제에 대한 해결책을 제시하지 못하고 있다.

한국 공개특허공보 제 10-2013-0136406호

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 탈이온 필터의 누적 통수량에 따라 TDS 제거율이 달라지더라도 전극에 인가되는 전원의 크기와 필터에 유입되는 물의 유량을 조절함으로써, TDS 제거율을 조정하여 탈이온 필터를 통과하여 출수되는 물의 TDS값을 일정하게 유지할 수 있는 탈이온 필터 장치 및 이를 포함하는 수처리기를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온 필터는 유입되는 원수에 포함된 고형물질을 흡착하는 전극과, 상기 전극에 전압을 인가하는 전원부를 포함하는 필터부, 상기 필터부를 통과하는 정수의 유량을 검출하는 유량센서, 상기 필터부로 유입되는 원수의 유량을 조절하는 유량조절부, 상기 원수에 포함된 총용존고형물(TDS: Total Dissolved Solution)에 대해 상기 전극에 의해 제거되는 고형물질의 비율인 TDS 제거율을 검출하는 TDS 제거율 검출부 및 상기 TDS 제거율에 따라 상기 전원부를 제어하여 상기 전압을 조절하거나, 상기 유량조절부를 제어하여 상기 필터부로 유입되는 원수의 유량을 조절하는 제어부를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 TDS 제거율이 목표 TDS 제거율 보다 작은 경우, 상기 전원부를 제어하여 상기 전압의 크기를 증가시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 전압의 크기를 전원부의 최대전압으로 증가시켜도 상기 TDS 제거율이 상기 목표 TDS 제거율 보다 작은 경우, 상기 유량조절부를 제어하여 상기 유량의 크기를 감소시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 TDS 제거율이 목표 TDS 제거율 보다 큰 경우, 상기 전원부를 제어하여 상기 전압의 크기를 감소시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 전압의 크기를 전원부의 최소전압으로 감소시켜도 상기 TDS 제거율이 상기 목표 TDS 제거율 보다 큰 경우, 상기 유량조절부를 제어하여 상기 유량의 크기를 증가시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 TDS 제거율 검출부는, 상기 전극에 흐르는 전류의 크기를 측정하여 TDS값을 생성하는 TDS 측정부 및 상기 TDS값을 이용하여 TDS 제거율을 산출하는 TDS 제거율 산출부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 필터부에 원수가 유입되면, 상기 전원부를 제어하여 상기 원수의 TDS값을 측정하기 위한 제1 전압을 인가한 후, 상기 원수에 포함된 고형물질을 제거하기 위한 제2 전압을 인가할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 TDS 측정부는, 상기 전극에 상기 제1 전압이 인가되면, 상기 전극에 흐르는 전류의 크기를 측정하여 원수TDS값을 생성할 수 있고, 상기 전극에 상기 제2 전압이 인가되면, 상기 전극에 흐르는 전류의 크기를 측정하여 정수TDS값을 생성할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 TDS 제거율 산출부는, 상기 원수TDS값과 상기 정수TDS값을 이용하여 상기 TDS 제거율을 산출할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 TDS 제거율 산출부는, 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 TDS 제거율을 산출할 수 있다.

수학식 1.

TDS 제거율(%) = 100 ×(1 - 정수TDS값/원수TDS값)

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 탈이온 필터 장치를 포함하는 수처리기를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 의하면, 탈이온 필터의 누적 통수량에 따라 TDS 제거율이 달라지더라도 전극에 인가되는 전원의 크기와 필터에 유입되는 물의 유량을 조절함으로써, TDS 제거율을 조정하여 탈이온 필터를 통과하여 출수되는 물의 TDS값을 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온 필터 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1의 필터부의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 도 1의 TDS 제거율 검출부의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호가 사용될 것이며, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온 필터 장치를 설명하기 위한 구성도이며, 도 2는 도 1의 필터부의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이고, 도 3은 도 1의 TDS 제거율 검출부의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탈이온 필터 장치는 유량조절부(110), 필터부(120), 유량센서(130), TDS(Total Dissolved Solution) 제거율 검출부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.

유량조절부(110)는 제어부(150)의 제어에 의해 필터부(120)로 유입되는 원수의 유량을 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 유량조절부(110)는 개폐동작에 의해 유량을 조절하는 밸브일 수 있다.

필터부(120)는 전기를 이용하여 유입되는 물에 포함된 고형물질을 제거할 수 있다. 여기서, 상기 유입되는 물에 포함된 고형물질은 칼슘, 나트륨, 마그네슘, 철분 등 미네랄 성분을 포함하는 것으로서, 정수 중에 녹아 있는 고형물질의 양은 mg/l 나 ppm 단위를 이용하여 총용존고형물질(TDS: Total Dissolved Solids)로 표현할 수 있다. 상기 총용존고형물질은 정수에 녹아있는 고형물질의 총량을 의미하는 것으로서, 고형물질은 주로 이온상태의 이온물질로 존재할 수 있다.

일 실시예에서, 필터부(120)는 전기투석법(ED: Electrodialysis), 전기탈이온법(EDI: Electrodeionization) 및 축전식 탈이온법(CDI: Capacitive Deionization) 중 어느 하나를 이용하여 물에 포함된 고형물질을 제거하도록 구성될 수 있다. 이때, 필터부(120)에서 제거되는 고형물질은 주로 이온 상태의 이온물질이므로, 청구범위를 포함하여 본 명세서에서 고형물질을 제거한다는 것은 이온물질은 제거한다는 의미를 포함하는 것으로 한다.

전기투석법을 이용하여 원수에 존재하는 고형물질을 제거하는 경우에는, 필터부(120)에 전극 및 이온교환막이 포함될 수 있다. 구체적으로, 필터부(120)가 전극을 통해 원수에 전압을 인가하면, 원수에 포함되어 있는 고형물질은 각각의 극성에 따라 음극 또는 양극의 전극 쪽으로 이동하게 된다.

여기서, 양극과 음극의 전극에는 이온교환막이 구비되어 있으므로, 전기적 인력에 의하여 이동한 각각의 고형물질만이 이온교환막에 포집/흡착된다. 따라서, 필터부(120)는 유입된 원수에서 고형물질을 제거할 수 있다.

전기탈이온법을 이용하여 원수에 존재하는 고형물질을 제거하는 경우에는, 필터부(120)에 전극, 이온교환막 및 이온교환수지가 포함될 수 있다.

구체적으로, 양이온 교환막과 음이온 교환막 사이에 충전된 이온교환수지를 이용하여 필터부(120)로 유입된 원수 내의 양이온 및 음이온을 포집/흡착할 수 있다. 여기서, 이온교환수지에 전압를 가하면 전기적 인력에 의하여 원수 내 고형물질의 포집/흡착이 더욱 빠르게 진행될 수 있다.

이와 같이, 원수 내에 존재하는 고형물질이 이온교환수지로 포집/흡착되므로, 필터부(120)를 통하여 유입된 원수에 포함된 고형물질을 제거할 수 있다.

축전식 탈이온법을 이용하여 원수에 존재하는 고형물질을 제거하는 경우에는, 상기 전기투석법이나 전기탈이온법과 달리, 필터부(120)에 별도의 이온교환막이나 이온교환수지를 포함하지 않을 수 있다.

즉, 상기 축전식 탈이온법은, 고형물질을 직접 전극에 흡착시킴으로써 필터부(120)에 유입된 원수에서 이온을 제거할 수 있다.

따라서, 필터부(120)의 전극은 넓은 표면적을 가지면서도 작은 반응성을 가지는 다공성 탄소 전극으로 하는 것이 바람직하며, 상기 다공성 탄소 전극은 활성탄소(activated carbon)로 구현할 수 있다.

상기 활성탄소는 다양한 다공성 탄소 재료들과 비교할 때, 우수한 세공용적, 높은 비표면적, 높은 탈-흡착 성능 및 오랜 수명을 가지므로, 상기 활성탄소를 필터부(120)의 전극으로 활용하는 것이 바람직하다.

일 실시예에서, 필터부(120)는, 도 2에서와 같이, 유입되는 물에 포함된 고형물질을 흡착 또는 탈착하는 전극(122)과 전극(122)에 전압을 인가하는 전원부(124)를 포함할 수 있다.

전극(122)은 전원부(124)에 의해 탈이온 전압 또는 재생전압이 인가되면, 인가되는 전압의 종류 따라 정수에 포함된 고형물질을 전기적 인력에 의해 흡착하거나, 전기적 척력에 의해 탈착할 수 있다. 일 실시예에서, 전극(122)은 전기탈이온 멤브레인(미도시)를 더 포함할 수 있다.

전원부(124)는 제어부(150)의 제어에 따라 전극(122)에 탈이온 전압 또는 재생전압을 인가할 수 있다. 전원부(124)는 제어부(150)의 제어에 따라 전극(122)에 인가하는 전압의 크기를 조절하여 필터부(120)의 TDS 제거율을 조절할 수 있다.

전원부(124)는 전극(122)에 인가하는 전원의 공급을 중단하면, 상기 전극(122)에 부착된 고형물질이 탈착될 수 있다. 따라서, 전극(122)에 전원을 공급하지 않은 채로 기 설정된 시간동안 유지하면, 필터부(120)를 통과한 물은 고형물질의 양이 증가할 수 있다.

여기서, 전원부(124)는, 비록 도시되진 않았지만, 탈이온 동작시에 전극(122)에 인가한 극성과 반대되는 극성의 전압을 인가하여 상기 고형물질의 탈착을 촉진할 수 있다.

예를 들어, 탈이온 동작시에 (+) 전압을 인가하였던 전극에 대하여, 재생동작시에는 (-) 전압을 인가할 수 있다.

즉, (+) 전압에 의하여 흡착된 (-) 이온들은 재생동작시에 인가되는 (-) 전압과의 전기적 척력에 의하여 탈착이 보다 빠르게 일어날 수 있다.

유량센서(130)는 필터부(120)를 통과한 물의 유량을 검출할 수 있다. 이러한 유량센서(120)는 유입되는 물에 포함된 이물질에 의한 손상을 방지함과 동시에 필터부(120)에서 여과된 물의 양을 정확히 측정하기 위하여 필터부(120)의 후단에 설치될 수 있다.

TDS 제거율 검출부(140)는 필터부(120)의 TDS 제거율을 검출할 수 있다.

여기서, TDS 제거율이란, 필터부(120)로 유입되는 원수에 포함되는 총용존고형물에 대한 필터부(120)에 의해 제거되는 고형물질의 비율을 의미한다.

일 실시예에서, TDS 제거율 검출부(140)는, 도 3에서와 같이, TDS 측정부(142) 및 TDS 제거율 산출부(144)을 포함할 수 있다.

TDS 측정부(142)는 전극(122)에 흐르는 전류의 크기를 측정하여 TDS값을 생성할 수 있다. TDS 측정부(142)는 상기 측정한 TDS값을 TDS 제거율 산출부(144)로 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 TDS값은 원수TDS값 또는 정수TDS값일 수 있다.

TDS 제거율 산출부(144)는 TDS 측정부(142)에서 생성된 TDS값을 이용하여 TDS 제거율을 산출할 수 있다.

일 실시예에서, TDS 제거율 산출부(144)는 하기의 수학식 1에 의해 TDS 제거율을 산출할 수 있다.

수학식 1.

TDS 제거율(%) = 100 ×(1 - 정수TDS값/원수TDS값)

제어부(150)는 탈이온 필터 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(150)는 필터부(120)의 TDS 제거율 산출부(140)에 의해 검출된 TDS 제거율을 목표 TDS 제거율이 되도록 전원부(124) 또는 유량조절부(110)를 제어할 수 있다.

즉, 제어부(150)는 상기 TDS 제거율에 따라 전원부(124)를 제어하여 전극(122)에 인가되는 전압을 조절할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 상기 TDS 제거율에 따라 유량조절부(110)를 제어하여 필터부(120)에 유입되는 원수의 유량을 조절할 수 있다.

일 실시예에서, 제어부(150)는 TDS 제거율이 목표 TDS 제거율 보다 작은 경우, 전원부(124)를 제어하여 전극(122)에 인가되는 전압의 크기를 증가시켜 TDS 제거율을 높일 수 있다.

여기서, 제어부(150)는 전원부(124)의 최대전압이 전극(122)에 인가되었음에도 불구하고, TDS 제거율이 목표 TDS 제거율보다 작은 경우, 유량조절부(110)를 제어하여 필터부(120)로 유입되는 원수의 유량의 크기를 감소시켜 TDS 제거율을 증가시킬 수 있다.

다른 일 실시예에서, 제어부(150)는 TDS 제거율이 목표 TDS 제거율 보다 큰 경우, 전원부(124)를 제어하여 전극(122)에 인가되는 전압의 크기를 감소시켜 TDS 제거율을 감소시킬 수 있다.

여기서, 제어부(150)는 전원부(124)의 최소전압이 전극(122)에 인가되었음에도 불구하고, TDS 제거율이 목표 TDS 제거율보다 큰 경우, 유량조절부(110)를 제어하여 필터부(120)로 유입되는 원수의 유량의 크기를 증가시켜 TDS 제거율을 감소시킬 수 있다.

또한, 제어부(150)는 TDS제거율을 산출하기 위한 원수TDS값과 정수TDS값을 측정하기 위해 전원부(124)를 제어하여 전극(122)에 일정한 전압을 인가시킬 수 있다.

구체적으로, 제어부(150)는, 먼저, 필터부(120)에 원수가 유입되면, 전원부(124)를 제어하여 전극(122)에 제1 전압을 인가시킬 수 있다. 전극(122)에 제1 전압이 인가되면, TDS 측정부(142)는 전극(122)에 흐르는 전류값을 측정하는 방식으로 원수TDS값을 측정할 수 있다. 즉, 여기서 제1 전압은 원수TDS값을 측정하기 위해 전극(122)에 인가하는 전압에 해당된다.

다음으로, 제어부(150)는 전원부(124)를 제어하여 원수에 포함된 고형물질을 제거하는 탈이온 동작을 위한 제2 전압을 전극(122)에 인가시킬 수 있다. 이 경우, TDS 측정부(142)는 상기 탈이온 동작 중에 측정된 전류값을 읽어 정수TDS값을 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 도 1 내지 도 3의 탈이온 필터 장치(100)를 포함하여, 필터부(120)에서 필터링된 정수를 제공하는 수처리기(미도시)가 있을 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100: 탈이온 필터 장치
110: 유량조절부
120: 필터부
122: 전극
124: 전원부
130: 유량센서
140: TDS 제거율 검출부
142: TDS 측정부
144: TDS 제거율 산출부
150: 제어부

Claims (11)

1. 유입되는 원수에 포함된 고형물질을 흡착하는 전극과, 상기 전극에 전압을 인가하는 전원부를 포함하는 필터부;
   상기 필터부를 통과하는 정수의 유량을 검출하는 유량센서;
   상기 필터부로 유입되는 원수의 유량을 조절하는 유량조절부;
   상기 원수에 포함된 총용존고형물(TDS: Total Dissolved Solution)에 대해 상기 전극에 의해 제거되는 고형물질의 비율인 TDS 제거율을 검출하는 TDS 제거율 검출부; 및
   상기 TDS 제거율에 따라 상기 전원부를 제어하여 상기 전압을 조절하거나, 상기 유량조절부를 제어하여 상기 필터부로 유입되는 원수의 유량을 조절하는 제어부;
   를 포함하는 탈이온 필터 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 TDS 제거율이 목표 TDS 제거율 보다 작은 경우, 상기 전원부를 제어하여 상기 전압의 크기를 증가시키는 탈이온 필터 장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 전압의 크기를 전원부의 최대전압으로 증가시켜도 상기 TDS 제거율이 상기 목표 TDS 제거율 보다 작은 경우, 상기 유량조절부를 제어하여 상기 유량의 크기를 감소시키는 탈이온 필터 장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 TDS 제거율이 목표 TDS 제거율 보다 큰 경우, 상기 전원부를 제어하여 상기 전압의 크기를 감소시키는 탈이온 필터 장치.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 전압의 크기를 전원부의 최소전압으로 감소시켜도 상기 TDS 제거율이 상기 목표 TDS 제거율 보다 큰 경우, 상기 유량조절부를 제어하여 상기 유량의 크기를 증가시키는 탈이온 필터 장치.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 TDS 제거율 검출부는,
   상기 전극에 흐르는 전류의 크기를 측정하여 TDS값을 생성하는 TDS 측정부; 및
   상기 TDS값을 이용하여 TDS 제거율을 산출하는 TDS 제거율 산출부;
   를 포함하는 탈이온 필터 장치.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 필터부에 원수가 유입되면, 상기 전원부를 제어하여 상기 원수의 TDS값을 측정하기 위한 제1 전압을 인가한 후, 상기 원수에 포함된 고형물질을 제거하기 위한 제2 전압을 인가하는 탈이온 필터 장치.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 TDS 측정부는,
   상기 전극에 상기 제1 전압이 인가되면, 상기 전극에 흐르는 전류의 크기를 측정하여 원수TDS값을 생성하고, 상기 전극에 상기 제2 전압이 인가되면, 상기 전극에 흐르는 전류의 크기를 측정하여 정수TDS값을 생성하는 탈이온 필터 장치.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 TDS 제거율 산출부는,
   상기 원수TDS값과 상기 정수TDS값을 이용하여 상기 TDS 제거율을 산출하는 탈이온 필터 장치.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 TDS 제거율 산출부는,
    하기의 수학식 1을 이용하여 상기 TDS 제거율을 산출하는 탈이온 필터 장치.
    
    수학식 1.
    TDS 제거율(%) = 100 ×(1 - 정수TDS값/원수TDS값)
    
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈이온 필터 장치를 포함하는 수처리기.
    
    
    

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