KR20180088951A - 나노 섬유를 이용한 무전원 정수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부 수조와 하부 수조 사이에 배치되어 상부 수조에 수용되는 물이 중력에 의해 낙하하여 하부 수조로 유입되는 과정에서 물을 정수하는 정수기에 관한 것으로서, 본 발명의 정수기는, 상부 수조측으로부터 하부 수조 측으로 순차로, 제1 활성탄층, 나노 필터, 거름망 및 제2 활성탄층이 순차로 하우징 내에 배치되고, 제1 활성탄층은 물로부터 부유 물질을 복합 오염물질 제거하고, 나노 필터는 나노 섬유의 망으로 형성되어 섬유 사이에 10 ~ 100 nm 크기의 기공을 형성하여 이 기공보다 큰 사이즈의 입자 및 세균을 제거하며, 제2 활성탄층은 물에서 냄새를 유발하는 물질을 포집하는 것이다.

Description

나노 섬유를 이용한 무전원 정수기{WATER PURIFIER USING NANO FIBER}

본 발명은 무전원 정수기에 관한 것으로서, 구체적으로는 역삼투 작용과 전력을 사용하자 않고 나노 섬유를 필터링에 사용하는 정수기에 관한 것이다.

최근 산업의 발달로 인해, 수질오염과 이에 따른 수자원 부족이 심각한 문제로 떠오르고 있다. 산업구조가 고도화되고 인구 증가, 생활수준의 향상 등으로 인해 보다 양질의 용수에 대한 요구 및 수요가 급증하고 있는 반면, 생활오수 및 산업폐수 등으로 인한 수질오염은 갈수록 심각해져 오히려 사용 가능한 물은 더욱 부족해지고 있는 실정이다. 이에 사람이 마실 수 있는 깨끗한 물을 제공할 목적으로 정수기가 개발되어 널리 사용되고 있다.

일반적으로 정수기는 정수방식에 따라 분류하면, 직결 여과식, 자연 여과식, 역삼투식 등으로 나눌 수 있다. 직결 여과식은 정수기를 수도에 직접 연결하는 방식으로서, 물이 여러 층의 필터를 거쳐 통과하면서 정화되는 방식이고, 자연V 여과식은 상부 수조와 하부 수조를 구비하여 상부수조에 저장된 물이 중력에 의해 필터를 통해 하부 수조로 낙하하면서 자연 여과되어 형태로 정화하는 방식이며, 역삼투방식은 삼투막의 양측에 인위적인 압력을 가하여 일측의 무기물이나 오염물의 농도가 높은 쪽으로부터 삼투막의 반대쪽으로 물분자가 이동함으로써 정수된 물을 얻는 방식이다.

이러한 자연 여과식 정수 방식은 상대적으로 덜 오염된 물에 대하여 사용하는 정수 방식으로서, 물의 중력에 의하여 자연스럽게 원수가 필터를 거치면서 걸러져 필터부에 작용하는 부하가 작아 수명이 길고, 소량의 물을 정수하는데 사용된다.

그러나, 자연 여과식 정수 방식은 에너지를 사용하지 않는다는 장점과 구조가 간단하다는 장점을 가지지만, 필터의 유동 저항을 극복하고 물이 필터를 통과하여 흐르도록 하는 데에 물의 중력만을 사용하므로 필터의 처리 성능에 한계가 있다.

이러한 자연 여과식 정수기의 일례로서, 특허공보 제1669735호(문헌 1)에 개시된 '자연여과 정수기용 카트리지 필터 및 그 필터가 사용된 자연여과 정수기'에 관한 발명이 있다.

문헌 1의 정수기의 카트리지 필터는, 원통형의 코어부; 단면이 절곡 형상으로, 코어부를 외주면을 둘러싸도록 구비되는 필터부; 카트리지 필터 외주부에 구비되는 원통형의 하우징; 및 하우징의 상면 및 하면 단부에 결합되는 엔드캡을 포함하며, 필터부는 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 및 셀룰로오스 섬유 중 선택된 1종 이상을 함유한 제1부직포; 및 상기 포의 내부 및 표면에 포함된 섬유가닥의 표면에 양전하 코팅층을 포함할 수 있다.

이러한 문헌 1에서는 이러한 구성의 카트리지 필터가 작은 사이즈의 불순물이나 세균을 걸러주는 효과가 있다고 설명하고 있다.

그러나, 이러한 유형의 카트리지 필터는 문헌 1의 설명과 같이 자연 여과 방식을 이용함에도 불구하고 작은 사이즈의 불순물이나 세균을 걸려주는 효과가 있을 수는 있겠으나, 장기간을 사용시에 필터의 오염이 심하게 발생하므로 자주 교체를 해주어야 한다는 문제가 있다.

특허공보 제1669735호(문헌 1)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 고려하여 전원을 이용하지 않고 무전원으로 가동하는 자연여과식 정수기를 제공하되, 분리막을 자주 교체하지 않아도 막오염 현상이 발생하지 않는 정수기를 제공하려는 것이다.

전술한 본 발명의 해결 과제는, 상부 수조와 하부 수조 사이에 배치되어 상부 수조에 수용되는 물이 중력에 의해 낙하하여 하부 수조로 유입되는 과정에서 물을 정수하는 것인 본 발명의 정수기에 의해 달성된다.

본 발명의 정수기는 상부 수조측으로부터 하부 수조 측으로 순차로, 제1 활성탄층, 나노 필터, 거름망 및 제2 활성탄층이 순차로 하우징 내에 배치되고, 제1 활성탄층은 물로부터 부유 물질과 복합 오염물질 제거하고, 나노 필터는 나노 섬유의 망으로 형성되어 섬유 사이에 10 ~ 100 nm 크기의 기공을 형성하여 이 기공보다 큰 사이즈의 입자 및 세균을 제거하며, 제2 활성탄층은 물에서 냄새를 유발하는 물질을 포집하는 것이다.

이러한 구성에 따르면, 상부 수조에 저장되는 정화되지 않은 물은 그 중력에 의해 본 발명의 정수기를 통과하면서 정수되어 하부 수조에 저장되어 이용된다.

상부 수조의 물은 먼저 제1 활성탄층을 통과하는데, 활성탄은 정화되지 않은 물 중에 부유하는 부유물들을 흡착하고 오염물질의 덩어리를 흡착한다.

이와 같이 부유물들이 활성탄에 흡착되어 제거된 물은 나노 필터를 거친다.

나노 필터는 나노 섬유가 망을 이루고, 망에는 미세 기공을 형성되는데, 박테리아나 바이러스는 나노 섬유로 형성되는 망의 미세 기공보다 큰 크기를 갖기 때문에 이 나노 필터를 통과하지 못하고 걸러지게 된다. 나노 필터는 기공이 많고 표면적이 넓기 때문에 작은 크기로도 많은 양의 물을 처리하게 된다. 특히, 나노 필터를 이루는 나노 섬유는 활성기공이 많기 때문에 다른 필터나 분리막 등에 비해 장시간 사용 가능하므로 잦은 교체가 필요하지 않다

물은 나노 필터를 통과하면서 세균이나 바이러스 등과 같은 미생물이나 크기가 매우 작은 오염 물질이 걸러지고 거름망을 통과한 후에 제2 활성탄층을 통과한다.

제2 활성탄층에서는 물에 존재하며 걸러지지 않은 냄새를 유발하는 물질이 흡착되어 걸러지고 정수된 물이 하부 수조에 유입된다.

하부 수조에 유입된 물은 미생물을 포함한 오염 물질이 제거되어 식수로서 음용할 수 있는 상태로 된다.

이상과 같이 본 발명의 정수기는 전력을 사용하거나 복잡한 기구를 사용하는 일이 없이 물이 가지는 중력에 의해 물을 정화하므로 에너지 소모적이지 않다. 또한, 나노 필터는 장시간 사용 가능하여도 여과 효율이 저하하지 않으므로 본 발명의 정수기는 장시간 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기가 설치된 수조를 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기의 구조를 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기에 사용하는 나노 필터의 성능을 보여주는 그래프이다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 화장품 용기의 구성과 작용을 설명한다.

도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 정수기가 부착된 수조가 도시되어 있다.

수조는 최하단의 받침대(40) 위에 하부 수조(30)가 놓여 결합되어 있고, 하부 수조(30) 위에 상부 수조(20)가 놓여 결합되어 있다.

상부 수조(20)와 하부 수조(30) 사이를 차단하는 차단판(21)의 중심에 본 실시예의 정수기(10)가 결합되어 있다.

정수기(10)의 상단이 차단판(21)에 결합되어 상부 수조(20)로부터 정수기(10)로 상부 수조의 정수되지 않은 물이 유입된다. 물은 정수기(10)에서 정수되어 하부 수조(30)에 수용되고, 하부 수조(30) 하단에 설치된 밸브(31)를 통하여 유출되어 음용할 수 있게 된다.

도 2를 참조하여 본 실시예의 정수기(10)의 구조와 작동을 설명한다.

정수기(10)는 순차로 제1 활성탄층(1), 나노 필터(2), 중간 수조(6), 거름망(7) 및 제2 활성탄층(8)이 순차로 하우징(미도시) 내에 배치되어 있다.

제1 활성탄층(1)의 상단에는 입수공(11)이 형성되어, 상부 수조(20)의 물이 이 입수공(11)을 통하여 제1 활성탄층(1)으로 유입되어, 아래쪽으로 흘러가면서 물로부터 부유 물질과 복합 오염물질 제거된다.

제1 활성탄층(1)의 하단에는 나노 필터(2)를 장착하기 위한 장착판(3)이 결합되어 있는데, 장착판(3)에는 복수 개의 통공(4)이 형성되어 나노 필터(2)를 통과한 물이 아래쪽의 중간 수조(6)로 내려가게 되어 있다.

오링(5)이 나노 필터(2)의 둘레에 배치되어 있어서, 나노 필터(2)를 장착판(3)에 고정하여 주고 있다.

나노 필터(2)는 나노 섬유의 망으로 형성되어 섬유 사이에 10 ~ 100 nm 크기의 기공을 형성하여 이 기공보다 큰 사이즈의 입자 및 세균을 제거한다.

도 3은 나노 필터(2)의 성능을 보여주는 그래프로서, 일반 필터와 나노 필터의 여과 효율 및 압력 손실을 보여준다.

필터를 통하여 여과하고자 하는 입자 사이즈에 따른 여과 효율을 살펴 보면, 나노 필터는 5 미크론 정도의 작은 입자 사이즈에서도 100%에 가까운 여과 효율을 보이는 반면, 일반 필터는 30 미크론 이상의 입자 사이즈가 되어야 나노 필터와 같은 여과 효율은 보이고 있다.

이러한 결과를 통하여 나노 필터가 작은 사이즈의 물질과 미생물을 여과하는 데 매우 효과적이라는 점을 확인할 수 있다.

다음으로, 시간에 따른 압력 손실의 그래프는 필터를 사용함에 따라 필터가 폐색되어 물이 필터를 통과하는 데 따른 압력이 증가하는 것을 보여준다. 나노 필터는 시간에 경과에 따라 일반 필터보다 압력 손실이 상당히 작은 수준을 유지함을 확인할 수 있다.

이와 같이, 나노 필터(2)는 작은 사이즈의 물질, 특히 미생물을 여과하는 성능을 가지고 장기간 교체 없이 사용할 수 있다.

중간 수조(6)는 나노 필터(2)에서 걸러진 물이 중간에 체류하는 곳이며, 그 아래에는 상단에 장착판(9)을 갖춘 제2 활성탄층(8)이 배치되어 있다. 장착판(9)에는 거름망(7)이 놓이며, 거름망(7)은 오링(5)에 의해 장착판(9)에 고정되어 있다.

거름망(7)을 통과한 물은 제2 활성탄층(8)에 유입되어 여기서 물에서 냄새를 유발하는 물질을 포집된 후에 유출구(12)를 통하여 하부 수조(30)로 흘러내려가 저장된다.

이상 설명한 구성과 작용에 따르면, 상부 수조에 저장되는 정화되지 않은 물은 그 중력에 의해 본 발명의 정수기를 통과하면서 정수되어 하부 수조에 저장되어 이용된다.

본 실시예에서 정수기는 나노 필터를 갖추어 일반 필터로는 걸러지지 않는 사이즈의 오염 물질과 미생물을 여과하고, 전원을 사용하지 않고 물의 중력에 의해 물이 유동하면서 여과되는 자연 정화식의 정수기에서 사용하기 적합하도록 장시간의 사용에 의해서도 압력 손실이 작다.

특히, 나노 필터는 장시간의 사용에도 막의 폐색이 발생하지 않으므로, 본 실시예의 정수기는 필터의 교체 없이 장시간 사용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기와 이 정수기가 마련된 수조의 구성과 작동을 설명하였으며, 이는 본 발명의 하나의 구현예에 불과하고, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 아니하고, 특허청구범위에 기재한 범위에서 다양한 수정과 변형 및 구성 요소의 부가가 가능하다.

1: 제1 활성탄층 2: 나노 필터
7: 거름망 8: 제2 활성탄층
10: 정수기 20: 상부 수조
30: 하부 수조

Claims (2)

1. 상부 수조와 하부 수조 사이에 배치되어 상부 수조에 수용되는 물이 중력에 의해 낙하하여 하부 수조로 유입되는 과정에서 물을 정수하는 정수기로서,
   상부 수조측으로부터 하부 수조 측으로 순차로, 제1 활성탄층, 나노 필터, 거름망 및 제2 활성탄층이 순차로 하우징 내에 배치되고,
   제1 활성탄층은 물로부터 부유 물질을 복합 오염물질 제거하고, 나노 필터는 나노 섬유의 망으로 형성되어 섬유 사이에 10 ~ 100 nm 크기의 기공을 형성하여 이 기공보다 큰 사이즈의 입자 및 세균을 제거하며, 제2 활성탄층은 물에서 냄새를 유발하는 물질을 포집하는 것인 정수기.
2. 청구항 1에 있어서,
   나노 필터는 오링에 의해 하우징 내에 위치가 고정되는 것인 정수기.

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