KR20210006243A - 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기는 유입구와 유출구가 구비된 필터 하우징, 상기 필터 하우징 내에 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입된 물을 정수하여 상기 유출구로 공급하는 필터모듈을 포함하되, 상기 필터모듈은, 활성탄 40~50중량%, 바인더 5~15중량%,수산화철 10~20중량%, 티타늄산화물 30~40중량%를 혼합하여 제조된 카본블럭을 포함한다.
Description
본 발명은 바인더의 혼합량이 감소된 카본블럭이 포함된 정수기용 필터 및 이를 구비한 정수기에 관한 것이다.
정수기는 수돗물이나 지하수와 같은 원수를 정수하는 장치를 말한다. 즉, 다양한 정수방법을 통하여 원수를 음용수로 전화하여 제공하기 위한 장치를 말한다.
정수를 생성하기 위해서는, 침전, 여과 그리고 살균 등의 과정을 거칠 수 있으며, 이러한 과정 등을 통해 유해 물질이 제거됨이 일반적이다.
일반적으로, 정수기에는 원수를 정수하기 위하여 다양한 필터들이 구비될 수 있다. 이러한 필터들은 그 기능에 따라 세디먼트 필터, 활성탄 필터, UF 중공사막 필터, RO 멤브레인 필터 등으로 구분될 수 있다.
상기 세디먼트 필터는 원수 내의 입자가 큰 오염물이나 부유물을 침전시키기 위한 필터라 할 수 있으며, 활성탄 필터는 입자가 작은 오염물, 잔류 염소, 휘발성 유기 화합물이나 냄새 발생 인자들을 흡착하여 제거하기 위한 필터라 할 수 있다.
또한, 상기 활성탄 필터는 일반적으로 두 개 구비될 수 있다. 즉, 원수 측에 구비되는 프리 활성탄 필터(pre carbon filter)와 정수 측에 구비되는 포스트 활성탄 필터(post carbon filter)로 구비될 수 있다. 상기 포스트 활성탄 필터는 주로 정수의 맛에 영향을 미치는 냄새 유발 물질을 제거하여 물맛을 향상시키기 위하여 구비될 수 있다.
또한, UF 중공사막 필터와 RO 멤브레인 필터는 양자가 선택적으로 사용됨이 일반적이다.
최근 정수기의 수요가 현저히 증가되고 있다. 따라서, 다양한 요구 조건이 발생되고 이를 동시에 만족시키기 어려운 문제가 있다.
일례로, RO 멤브레인 필터를 적용하는 중금속의 제거가 가능하나, 정수 유량을 확보하기 어려운 문제가 있다. 즉, 원하는 만큼의 정수량을 얻기 위해서 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
반면, UF 중공사막 필터의 경우, 고유량 확보는 가능하나, 수중의 중금속 제거가 어렵기 때문에 지하수 또는 오염 지역의 수돗물을 원수로 사용하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 중금속 제거와 고유량 확보는 서로 모순되는 문제로 인식될 수밖에 없었다. 왜냐하면, 중금속 제거를 위해 RO 멤브레인 필터 사용 시 고유량의 확보가 어렵고, 고유량 확보를 위해 UF 중공사막 필터 사용 시 중금속 제거가 어려워지기 때문이다.
또한, 종래의 경우, 수중의 중금속 중 비소(As), 카드뮴(Cd), 납(Pb), 알루미늄(Al), 수은(Hg), 철(Fe), 동(Cu)을 포함한 총 7종의 제거를 주목적으로 중금속 제거 필터가 제작되어 왔다.
그러나, 최근에는 상기 7종은 물론, 수중의 세레늄(Se), 크롬(Cr), 망간(Mn), 아연(Zn)을 포함한 11종의 제거까지 필요한 상황에 놓였다.
하지만, 종래 정수기 필터의 경우, 고유량을 확보하면서, 상기 7종의 중금속을 완벽하게 제거하기에 역부족인 것은 물론, 수중의 세레늄(Se), 크롬(Cr), 망간(Mn), 아연(Zn) 등의 제거가 전혀 이루어지지 않고 있는 문제가 있다.
또한, 종래의 경우, 필터에 혼합된 바인더의 입도가 커서, 유동 저항이 발생하고, 바인더의 혼합량이 많은 비율을 차지하여, 투수성이 낮아지는 문제가 있었다. 즉, 유효정수량이 낮아지는 문제가 있었다.
또한, 종래의 경우, 필터에 혼합된 활성탄 및 중금속 제거 소재의 혼합 비율이 충분치 않아서, 중금속 제거율이 제한되는 문제도 있었다.
본 발명은 상기되는 문제를 해소하여, 기존 대비, 저입도 바인더를 적용함에 따라, 바인더 혼합 비율을 절반 가량 낮출 수 있는 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기를 제안한다.
본 발명은, 바인더의 입도가 작아지고, 바인더 함량이 감소되어, 균일 분산이 가능하고, 그에 따라 중금속 제거 소재의 비표면적이 증가되면서, 중금속 제거 성능이 향상되는 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기를 제안한다.
본 발명은, 바인더의 입도가 작아지고, 바인더 함량이 감소되어, 균일 분산이 가능하고, 그에 따라 정수유량이 증가되고, 유효정수량이 향상되는 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기를 제안한다.
본 발명은, 수중의 세레늄(Se), 크롬(Cr), 망간(Mn), 아연(Zn)을 포함한 수중의 중금속을 효과적으로 제거할 수 있는 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기를 제안한다.
본 발명은 처리용량을 확보하면서, 수중의 납, 수은, 비소, 철, 알루미늄, 구리 및 카드뮴 등의 중금속 제거가 가능한 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기를 제안한다.
본 발명은 최소 9종의 중금속을 제거할 수 있는 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기를 제안한다.
본 발명은 정수기에 적용된 필터의 형상이나 배치 구조를 변경하지 않고, 기존의 정수기에 곧바로 적용 가능한 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기를 제안한다.
본 발명은 이종의 필터를 하나의 필터하우징에 종방향으로 배치하여 필터의 부피를 줄임으로써 공간 활용도를 높일 수 있는 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기를 제안한다.
본 발명에 따른 정수기용 필터는, 유입구와 유출구가 구비된 필터 하우징과, 상기 필터 하우징 내에 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입된 물을 정수하여 상기 유출구로 공급하는 필터모듈을 포함하되, 상기 필터모듈은, 활성탄, 바인더,수산화철, 티타늄산화물을 혼합하여 제조된 카본블럭을 포함한다.
또한, 상기 카본블럭은, 활성탄 40~50중량%, 바인더 5~15중량%,수산화철 10~20중량%, 티타늄산화물 30~40중량%를 혼합하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 바인더는, 폴리에틸렌(PE)으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 카본블럭은, 중공관 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 카본블럭의 외측을 감싸는 음이온 교환수지 부직포를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 카본블럭의 내경과 외경은, 1:3 내지 1:4의 비율을 갖도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 티타늄산화물은, 이산화티타늄으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 수산화철의 입도는 상기 활성탄의 입도보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 티타늄산화물의 입도는 상기 수산화철의 입도보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 바인더의 입도는 상기 티타늄산화물의 입도보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 활성탄은 120㎛이하의 입도를 형성할 수 있다.
또한, 상기 수산화철은 90㎛이하의 입도를 형성할 수 있다.
또한, 상기 티타늄산화물은 50㎛이하의 입도를 형성할 수 있다.
또한, 상기 수산화철과 티타늄산화물의 혼합 중량은, 상기 활성탄의 혼합 중량의 100% 내지 110% 범위에 포함될 수 있다.
또한, 상기 카본블럭을 구성함에 있어서, 상기 활성탄의 혼합 중량이 가장 크고, 상기 티타늄산화물 혼합 중량이, 상기 수산화철의 혼합 중량보다 크며, 상기 바인더의 혼합 중량이 가장 작게 혼합될 수 있다.
또한, 상기 카본블럭을 구성함에 있어서, 상기 바인더는 5~15중량% 혼합될 수 있다.
또한, 상기 카본블럭을 구성함에 있어서, 상기 바인더의 혼합 중량은, 상기 수산화철의 혼합 중량의 90% 내지 110% 범위에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 정수기는, 상기된 정수기용 필터를 구비한다.
본 발명에 따르면, 기존 대비, 저입도 바인더를 적용함에 따라, 바인더 혼합 비율을 절반 가량 낮출 수 있는 효과가 있다.
그리고, 바인더의 입도가 작아지고, 바인더 함량이 감소되어, 균일 분산이 가능하고, 그에 따라 중금속 제거 소재의 비표면적이 증가되면서, 중금속 제거 성능이 향상되는 효과도 있다.
또한, 바인더의 입도가 작아지고, 바인더 함량이 감소되어, 균일 분산이 가능하고, 그에 따라 정수유량이 증가되고, 유효정수량이 향상되는 효과도 있다.
또한, 수중의 크롬(Cr), 세레늄(Se), 망간(Mn), 아연(Zn)을 포함한 수중의 중금속을 확실히 제거할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 처리용량을 확보하면서, 수중의 납, 수은, 비소, 철, 알루미늄, 구리, 카드뮴 등의 중금속을 제거할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 최소 9종의 중금속을 제거할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 정수 과정이 복수의 필터에 의해 여러 번 진행되어, 중금속을 비롯한 각종 이물질의 제거가 보다 확실하게 진행될 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 필터의 소재만을 변경하고, 정수기에 적용된 필터의 형상이나 배치 구조를 변경하지 않기 때문에, 기존의 정수기에 곧바로 적용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 이종의 필터를 하나의 필터하우징에 종방향으로 배치하여 필터의 부피를 줄임으로써 공간 활용도를 높일 수 있고, 나아가 정수기의 슬림화를 구현할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기의 수배관도이다.
도 2는 본 발명의 일부 구성요소인 필터 어셈블리를 개념적으로 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일부 구성요소인 프리카본필터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일부 구성요소인 복합필터의 단면도이다.
도 5 내지 도 6은 바인더의 입도 차이에 따른 카본블럭의 표면을 비교한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 필터에 적용된 카본블럭과 종래 카본블럭의 사양을 비교한 표이다.
도 8은 본 발명에 따른 필터에 적용된 카본블럭의 조성비율을 나타낸 표이다.
도 9는 활성탄 대비 타 소재의 혼합비에 따른, 중금속 제거 시험 결과를 비교한 표이다.
도 10은 본 발명에 따른 필터에 적용된 카본블럭의 각 소재별 입도를 정리한 표이다.
도 11은 본 발명에 따른 필터에 적용되는 카본블럭의 제조과정을 설명한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일부 구성요소인 필터 어셈블리를 개념적으로 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일부 구성요소인 프리카본필터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일부 구성요소인 복합필터의 단면도이다.
도 5 내지 도 6은 바인더의 입도 차이에 따른 카본블럭의 표면을 비교한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 필터에 적용된 카본블럭과 종래 카본블럭의 사양을 비교한 표이다.
도 8은 본 발명에 따른 필터에 적용된 카본블럭의 조성비율을 나타낸 표이다.
도 9는 활성탄 대비 타 소재의 혼합비에 따른, 중금속 제거 시험 결과를 비교한 표이다.
도 10은 본 발명에 따른 필터에 적용된 카본블럭의 각 소재별 입도를 정리한 표이다.
도 11은 본 발명에 따른 필터에 적용되는 카본블럭의 제조과정을 설명한 블럭도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 사상은 이하에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 구현할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
이하의 실시예에 첨부되는 도면은, 같은 발명 사상의 실시예이지만, 발명 사상이 훼손되지 않는 범위 내에서, 용이하게 이해될 수 있도록 하기 위하여, 미세한 부분의 표현에 있어서는 도면별로 서로 다르게 표현될 수 있고, 도면에 따라서 특정 부분이 표시되지 않거나, 도면에 따라서 과장되게 표현되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기의 수배관도이다.
본 발명에 따른 정수기는 외부 급수원으로부터 직접 공급되는 물을 정수한 후 냉각 또는 가열시켜 취출시키기 위한 것으로, 일례로, 직수형 냉온 정수기일 수 있다.
여기서, 직수형 정수기란 정수된 물이 저장되는 저수조가 없이 사용자의 정수 추출 동작시에 정수된 물이 추출되는 형태의 정수기를 말한다.
또한, 본 발명에 따른 정수기는, 냉장고와 일체로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 정수기는, 본체는 싱크대 하부에 설치되고, 출수구는 싱크대 외측에 설치되는 언더싱크형 정수기로 구비될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기는, 급수원으로부터 정수기의 출수구에 이르기까지 급수 라인(L)이 형성되며, 상기 급수 라인(L)에는 각종 밸브와 정수 부품이 연결될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 급수 라인(L)은, 상기 급수원, 예컨대 가정의 수도꼭지 등에 연결되고, 상기 급수 라인(L)의 어느 지점에는 필터 어셈블리(17)가 배치되어, 상기 급수원으로부터 공급되는 음용수에 포함된 이물질이 여과된다.
또한, 상기 필터 어셈블리(17)의 출구단에 연결되는 급수 라인(L)에는 급수 밸브(61)와 유량 센서(70)가 순차적으로 배치될 수 있다. 따라서, 상기 유량 센서(70)에 의하여 감지되는 공급량이 설정 유량에 도달하면 상기 급수 밸브(61)가 폐쇄되도록 제어될 수 있다.
또한, 상기 유량 센서(70)의 출구단에서 연장되는 급수 라인(L)의 어느 지점에서 온수 공급용 급수 라인(L1)과, 냉수 공급용 급수 라인(L3) 및 냉각수 공급용 급수 라인(L2)이 분지될 수 있다.
또한, 상기 유량 센서(70)의 출구단에서 연장되는 급수 라인(L)의 단부에는 정수 출수 밸브(66)가 장착되고, 상기 온수 공급용 급수 라인(L1)의 단부에는 온수 출수 밸브(64)가 장착될 수 있다. 그리고, 상기 냉수 공급용 급수 라인(L3)의 단부에는 냉수 출수 밸브(65)가 장착될 수 있고, 상기 냉각수 공급용 급수라인(L2)의 어느 지점에는 냉각수 밸브(63)가 장착될 수 있다. 상기 냉각수 밸브(63)는 냉수 생성 유닛(20)으로 공급되는 냉각수의 양을 조절한다.
또한, 상기 온수 출수 밸브(64)와, 상기 냉수 출수 밸브(65) 및 상기 정수 출수 밸브(66)의 출구단에서 연장되는 급수 라인은 모두 상기 출수구에 연결된다. 그리고, 도시된 바와 같이, 상기 정수, 냉수 및 온수가 단일의 취출구에 연결되도록 구성될 수도 있고, 경우에 따라서는 독립된 취출구들에 각각 연결되도록 구성될 수도 있다.
이하, 냉수 및 온수 공급과정에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 냉수의 경우, 냉각수 밸브(63)가 열려 냉수 생성 유닛(20)으로 냉각수가 공급되면, 냉수 생성 유닛(20)을 통과하는 냉수 공급용 급수 라인(L3)의 물이 냉각수에 의해 냉각되면서 냉수가 생성된다.
이때, 상기 냉각수 공급용 급수라인(L2)에는 냉각수를 냉각시키는 냉매 사이클을 구비할 수 있다. 상기 냉매 사이클은 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기 등을 포함할 수 있다.
이후, 조작표시부의 냉수선택 버튼을 눌러 상기 냉수 출수 밸브(65)가 개방되면 상기 출수구를 통하여 냉수가 취출될 수 있다.
한편, 온수의 경우, 온수 공급용 급수 라인(L1)을 따라 흐르는 물이 온수 히터(30)에 의해 가열되면서 온수가 생성되고, 상기 조작표시부의 온수선택 버튼을 눌러 상기 온수 출수 밸브(64)가 개방되면 상기 출수구를 통하여 온수가 취출될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기는 원수로부터 정수를 생성하기 위하여 적어도 하나 이상의 정수기 필터를 포함한다. 상기 정수기 필터에 대해서는 후술된 설명을 참조하기로 한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기용 필터에 대해서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일부 구성요소인 필터 어셈블리를 개념적으로 보인 도면이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일부 구성요소인 프리카본필터의 단면도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일부 구성요소인 복합필터의 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기용 필터(이하, 필터 어셈블리)는 중공관 형태의 카본블럭(121)이 내장된 프리카본필터(100) 및 복수의 중공사막(220)이 내장된 중공사막필터(200) 및 중공관 형태의 제2카본블럭(320)이 내장된 포스트카본필터(300) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 예로, 필터 어셈블리(17)는 프리카본필터(100), 중공사막필터(200), 포스트카본필터(300)를 모두 포함할 수 있다.
먼저, 상기 프리카본필터(100)는 필터하우징(110)과 필터모듈(120)을 포함한다.
상기 필터하우징(110)은 유입구(111)와 유출구(112)를 포함하여 이루어진다. 즉, 유입구(111)를 통해 정수가 필요한 물이 유입되고, 유출구(112)를 통해 정수가 완료된 물이 토출된다. 따라서, 물은 유입구(111)와 유출구(112) 사이를 유동하면서 그 사이에 배치된 필터모듈(120)에 의해 정수된다.
또한, 상기 필터 하우징(110)은 내부에 필터모듈(120)이 수용되는 공간부를 형성하고, 유입구(111) 및 유출구(112)가 형성된 상부캡(113)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 필터 하우징(110)의 공간부는 상기 상부캡(113)의 유입구(111) 및 유출구(112)를 통해 외부와 연통이 가능하다.
상기와 같이 상부캡(113)이 구비되면, 상부캡(113)을 열고 필터 하우징(110)의 공간부에 필터모듈(120)을 손쉽게 장착할 수 있고, 필터 하우징(110)에 수용된 필터모듈(120)을 손쉽게 교체할 수도 있다.
상기 유입구(111)를 통해서 필터하우징(110)의 내부로 유입된 물은 필터모듈(120)을 거치면서 정화될 수 있다. 즉, 수돗물 등의 원수에 포함된 이물질(예를 들어, 중금속) 등이 상기 필터모듈(120)을 통과하면서 제거될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 수중 중금속 제거 효과가 탁월한 정수기용 필터 및 이를 구비한 정수기를 제공할 수 있다.
이를 위하여, 상기 필터모듈(120)은 활성탄, 바인더, 수산화철, 티타늄산화물을 혼합하고, 중공의 블럭 형태로 성형하여 제조된 카본블럭(121)을 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 카본블럭(121)은, 활성탄 40~50중량%, 바인더 5~15중량%,수산화철 10~20중량%, 티타늄산화물 30~40중량%를 혼합하여 제조될 수 있다.
상기 티타늄산화물은, 이산화티타늄 또는 사산화티타늄 등으로 구비될 수 있다.
일반적으로, 상기 티타늄산화물은, 복수의 산소(O)가 하나의 티타늄(Ti)과 공유결합하는 작용기를 갖는다.
일예로, 티타늄산화물의 일종인, 오르토티탄산나트륨(Na4TiO4)은 하기 식(1)과 같은 화학 반응식을 통해 수중 중금속을 제거할 수 있다.
Na4TiO4 + 2Me++ → Me2TiO4 + 4Na+ (1)
상기 식(1)에서 'Me'는 중금속을 의미하고, 중금속은 수용성 화합물의 형태로 물에 녹아있는 상태이다.
상기와 같은 수용성 중금속 화합물과 상기 오르토티탄산나트륨(Na4TiO4)의 화학 반응을 통해, 중금속(Me)이 제거된 정수는 유출구(112)를 통해 필터 하우징(110)의 외부로 토출된다.
일례로, 상기 'Me'는 카드뮴(Cd)이 해당될 수 있다.
상기의 경우, 오르토티탄산나트륨(Na4TiO4)은 하기 식(2)와 같은 화학 반응식을 통해 수중 카드뮴(Cd)을 제거할 수 있다.
Na4TiO4 + 2Cd++ → Cd2TiO4 + 4Na+ (2)
한편, 상기 티타늄산화물은 입상(granule) 또는 분말(powder)형태를 갖고, 상기 카본블럭(121)의 재료에 혼합되어, 카본블럭(121)을 구성할 수 있다.
따라서, 중금속이 포함된 물이 상기 필터모듈(120)을 거치면, 수중의 중금속이 제거될 수 있다.
또한, 상기 카본블럭(121)은 수산화철(Ferric Hydroxide)을 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 수산화철(Ferric Hydroxide)은 합성 수산화철(α-FeOOH) 화합물을 의미할 수 있다.
상기 합성 수산화철(α-FeOOH) 화합물은 하기 식(3)와 같은 작용기를 포함할 수 있다.
즉, 합성 수산화철(α-FeOOH) 화합물은 복수 개의 철(Fe)이 각각 수산화기(-OH)와 이온 결합을 하고, 각각의 철(Fe)이 하나의 산소(O)와 이온 결합 또는 공유 결합하는 작용기를 포함할 수 있다.
이러한 합성 수산화철(α-FeOOH) 화합물의 일례로, 랑세스(LanXess)사에서 제공되는 상표명 '베이옥사이드 E33HCF'가 사용될 수 있다.
상기 합성 수산화철(α-FeOOH) 화합물은 하기 식(4)와 같은 화학반응을 통해 수중 중금속을 제거할 수 있다.
여기서 'A'는 중금속을 의미하여, 중금속은 수용성 화합물 형태로 물에 녹아 있을 수 있다.
상기와 같이, 수용성 중금속 화합물과 상기 합성 수산화철(α-FeOOH) 화합물이 화학 반응을 하면, 물과 수산화 이온이 발생 된다. 아울러, 중금속(A)은 상기 합성 수산화철(α-FeOOH) 화합물과 강한 이온 결합 또는 공유 결합을 하게 된다. 따라서, 제거된 중금속(A)이 다시 물에 녹는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 필터 모듈(120)을 통해 중금속(A)이 제거된 정수는 유출구(112)를 통해 필터하우징(110) 외부로 토출된다. 일 예로, 상기 중금속(A)은 '비소'일 수 있다.
참고로, 상기 수산화철은 하기 식(5)와 같은 화학 반응식을 통해 수중 카드뮴(Cd)을 제거할 수 있다.
2Fe2 + + Cd2 + + 4OH- -> CdFe2O4 + 2H2 (5)
한편, 상기 합성 수산화철(α-FeOOH) 화합물은 입상(granule) 또는 분말(powder)형태를 갖고, 바인더와 함께 카본블럭(121)의 재료로 혼합되어, 카본블럭(121)을 구성할 수 있다.
또한, 상기 카본블럭(121)은 활성탄를 더 포함할 수 있다.
상기 활성탄은 입상 또는 분말의 형태로 포함될 수 있다. 상기와 같이 카본블럭(121)이 활성탄을 포함할 경우, 카본블럭(121)은 수중의 중금속을 제거함과 동시에 수중의 잔류 염소 성분까지 효과적으로 제거할 수 있다. 이에 따라 물맛 또한 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 활성탄에 의해 수중의 클로로포름(CHCL3) 또한 효과적으로 제거될 수 있다.
상기, 바인더는 활성탄과 티타늄산화물(일 예로, Na4TiO4) 및 수산화철(Ferric Hydroxide)을 서로 연결하고, 강성을 부여하기 위해 혼합된다.
상기 바인더의 구성으로, 활성탄과 티타늄산화물(일 예로, Na4TiO4) 및 수산화철(Ferric Hydroxide)은 강성을 갖는 블럭 형태로 가공될 수 있다.
일례로, 상기 필터모듈(120)은 전술한 소재들은 균일하게 섞은 후 금형에 넣어 가열함으로써 형성될 수 있다. 금형 내에서 가열에 의해 바인더(예를 들어, 폴리에틸렌,PE)가 용융되어 활성탄과 티타늄산화물(일 예로, Na4TiO4) 및 수산화철(Ferric Hydroxide)이 결합된다. 따라서, 전체적으로 강성을 갖는 블럭형태의 카본블럭(121)이 형성될 수 있다.
한편, 일반적으로 정수기에는, 수중의 중금속 및 각종 이물질을 제거하기 위해 여러 개의 필터가 이미 설치되어 있으며, 필터가 여러 개 설치되면, 정수 성능은 확보될 수 있지만, 정수 유량이 감소할 수 밖에 없다.
또한, 기존의 정수기에는 필터를 설치할 공간이 한정되어 있어, 새로운 필터를 추가하는 것이 용이하지 않으며, 정수기에 설치된 각각의 필터(예를 들어, 활성탄 필터)는 기본적으로 정수 성능을 향상시키기 위한 개별적인 기능을 구비하므로, 새로운 필터의 추가를 위해 기존의 필터를 생략하는 것도 바람직하지 않다.
하지만, 본 발명의 경우, 활성탄과, 티타늄산화물과, 수산화철을 혼합하여 카본블럭(121)을 구성할 수 있다.
따라서, 기존에 정수기에 설치된 활성탄 필터로서의 고유 기능 및 효과는 유지하면서, 필터의 개수 증가 없이 수중의 중금속까지 제거할 수 있게 된다. 또한, 필터의 개수가 증가되지 않기 때문에 정수 유량 감소를 방지할 수 있다.
이하, 카본블럭을 구성하는 각 소재별 혼합비 및 소재별 입도에 대해 설명한다.
본 실시예에서, 상기 카본블럭(121)은, 활성탄 40~50중량%, 바인더 5~15중량%, 수산화철 10~20중량%, 티타늄산화물 30~40중량%를 혼합하여 제조될 수 있다.
일 예로, 상기 카본블럭(121)은, 115~135g의 중량을 구비하고, 활성탄 50~60g, 바인더 10~20g, 수산화철 15~20g, 티타늄산화물 30~40g을 혼합하여 제조될 수 있다.
다른 예로, 상기 카본블럭(121)은, 활성탄 54g, 바인더 13g, 수산화철 18g, 티타늄산화물 40g을 혼합하여 제조될 수 있다.
이때, 티타늄산화물과 수산화철의 비율이 상기된 비율보다 커지면, 중금속 제거 성능은 증가되지만, 정수 유량이 감소될 수 있다. 반면, 티타늄산화물과 수산화철의 비율이 상기된 비율보다 작아지면, 정수 유량은 증가되지만, 중금속 제거 성능을 감소될 수 있다.
본 실시예에서, 티타늄산화물과 수산화철의 혼합 비율은 정수가 진행될 물에 포함된 중금속의 종류 및 비율에 따라 다양하게 조절될 수 있다.
또한, 활성탄의 비율이 상기된 비율보다 커지면, 중금속 제거 성능의 확보가 어렵게 되고, 활성탄의 비율이 상기된 비육보다 작아지면, 수중의 클로로포름 및 염소 성분 등의 제거가 어렵다.
카본블록을 성형하기 위해 필수적으로 사용되는 바인더는 소재간에 바인딩을 시켜 블록화하는데 핵심적인 소재이다.
그러나 바인더에 의해 바인딩된 소재의 비표면적은 바인더의 함량에 따라 달라질 수 있으며, 이는 카본블럭의 제거 성능 및 정수 유량에 영향을 미칠 수 있다.
기존 고입도(120㎛)의 바인더는 카본블록 전체 함량의 30~40%가 함유되어야 블록 형성이 가능하며, 이는 비표면적을 감소시키는 주요인 중 하나로 작용하였다.
하지만, 본 발명에서는 기존의 고입도 바인더(120㎛) 대신 저입도 바인더를 적용함으로써, 바인더의 전체 함량을 5~15%로 감소시키면서 균일분산시켜 비표면적을 증가시킴으로써, 소재 흡착 성능을 향상시키고, 동일 밀도 대비 활성탄 함량을 증가시킴으로 정수유량 및 유효 정수량 성능 향상이 가능하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 필터 하우징(110) 내부로 유입된 원수가 카본블럭(121)을 통과하면서, 중금속이 제거되고 정화될 수 있다.
또한, 상기 필터모듈(120)은 카본블럭(121)의 외측을 감싸는 음이온 교환수지 부직포(122)를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 카본블럭(121)의 외측에 음이온 교환수지 부직포(122)를 구비하면, 프리카본필터(100)로 유입된 원수는 음이온 교환수지 부직포(122)를 거친 뒤, 카본블럭(121)을 통과한다.
상기와 같이 원수가 음이온 교환수지 부직포(122)를 통과하면, 크롬(Cr) 및 세레늄(Se) 등의 중금속이 제거될 수 있다.
이때, 상기 음이온 교환수지 부직포(122)는, 중금속 제거 효율 향상을 위해 여러겹 구비될 수 있다.
상기한 바에 따르면, 프리카본필터(100)로 유입된 원수는 음이온 교환수지 부직포(122)와 카본블럭(121)을 통과한 뒤, 카본블럭(121)의 중공(121a)을 거쳐, 프리카본필터(100) 외부로 배출된다.
또한, 상기 필터 어셈블리(17)는, 복수의 중공사막(220)이 내장된 중공사막필터(200) 및 중공관 형태의 제2카본블럭(320)이 내장된 포스트카본필터(300)를 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같이 중공사막필터(200) 및 포스트카본필터(300)가 추가적으로 구비되면, 필터 어셈블리(17)로 유입된 물이 프리카본필터(100), 중공사막필터(200) 및 포스트카본필터(300)를 거치면서, 여러 번 정수가 이루어져, 중금속을 비롯한 각종 이물질의 제거가 보다 확실하게 진행될 수 있는 효과가 있다.
특히, 추가로 구비된 포스트카본필터(300)에 의해, 수중의 염소 성분 및 클로로포름(CHCL3)의 제거가 보다 확실히 이루어질 수 있다.
본 실시예에서, 상기 중공사막필터(200) 및 포스트카본필터(300)는 하나의 필터 하우징(400) 내에 수용되어 복합필터를 구성할 수 있다. 이때, 상기 중공사막필터(200) 및 포스트카본필터(300)는 중공사막필터(200)를 통과한 물이 상기 포스트카본필터(300)를 통과하도록 일렬로 배치될 수 있다.
상세히, 상기 중공사막필터(200)는 제1보조 필터 하우징(210) 및 중공사막(220)으로 구성되고, 포스트카본필터(300)는 제2보조 필터 하우징(310) 및 제2카본블럭(320)으로 구성된다. 그리고, 상기 보조 필터 하우징(210,310)은 필터 하우징(400)의 내측에 수용된다.
상기와 같이, 중공사막필터(200)와 포스트카본필터(300)가 하나의 필터하우징(400)에 일렬로 배치되면, 여과 효율은 높이면서, 정수 유량은 유지할 수 있다.
또한, 정수기에 형성된 필터 설치공간을 확장할 필요없이, 기존의 필터를 단순 교체하는 작업 만으로, 곧바로 적용할 수 있다.
또한, 필터의 부피를 줄임으로써 공간 활용도를 높일 수 있고, 나아가 정수기의 슬림화를 구현할 수 있다.
상기한 바에 따르면, 정수기로 유입된 원수는, 프리카본필터(100) 및 복합필터(200,300)를 통과하면서, 정화된다.
상세히, 프리카본필터(100)로 유입된 원수는, 음이온 교환수지 부직포(122)를 통과하면서 1차 여과되고, 활성탄, 바인더,수산화철, 티타늄산화물이 혼합된 카본블럭(121)을 통과하면서 2차 여과된다. 그리고, 프리카본필터(100) 외부로 배출된다.
상기와 같이 프리카본필터(100)에서 배출된 물은 복합필터(200,300)로 유입된다.
복합필터(200,300)로 유입된 원수는, 중공사막필터(200)로 유입되고, 중공사막(220)을 통과하면서 3차 여과된다. 이후, 중공사막필터(200)에서 배출된 물은 포스트카본필터(300)로 유입되고, 카본필터(320)를 통과하면서, 4차 여과된 후, 포스트카본필터(300) 외부로 배출된다.
따라서, 필터 어셈블리(17)로 유입된 원수는 상기와 같이 복수의 여과과정을 거치면서, 중금속 및 이물질이 제거된 정수의 상태로 정화될 수 있다.
참고로, 상기와 같이, 활성탄, 바인더,수산화철, 티타늄산화물이 혼합된 카본블럭(121)을 통과하면, 9종의 중금속, 즉 수은, 납, 구리, 알루미늄, 철, 카드뮴, 비소, 망간, 아연이 제거될 수 있다.
상세히, 수은,납, 철, 알루미늄, 카드뮴, 비소 ,구리는 카본블럭(121) 내, 수산화철에 의해 제거되고, 망간, 아연의 경우, 카본블럭(121) 내, 티타늄산화물 에 의해 제거될 수 있다.
참고로, 수중에 포함된 망간, 아연의 경우, 하기 식(6)과 같은 화학반응을 통해, 이산화티타늄(TiO2)에 이온 흡착되고, 수중에서 제거될 수 있다.
또한, 수중에 포함된 크롬의 경우, 하기 식(7)과 같은 화학반응을 통해, 수산화철(α-FeOOH)에 이온 흡착되고, 수중에서 제거될 수 있다.
또한, 세레늄의 경우, 하기 식(8)과 같은 화학반응을 통해, 이산화티타늄(TiO2)에 이온 흡착되고, 수중에서 제거될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 경우, 종래 대비, 약 1/4 크기로 작아진, 저입도 바인더를 혼합한다. 그리고, 상기 바인더의 혼합량은 종래 대비 약 1/2로 줄어들어, 약 10%의 바인더만 혼합한다. 반면, 활성탄의 혼합 비율을 증가시켜, 필터 전체의 밀도를 낮추고, 처리 유량을 향상시킬 수 있다. 또한, 동일한 체적을 기준으로, 활성탄 비율이 증가되면서, 중금속 제거율이 향상되는 효과도 있다.
상세히, 카본블록(121)의 활성탄 및 중금속 제거 소재의 기능을 향상시키기 위하여, 카본블록(121) 제조 시, 저입도 바인더를 적용하여, 적은 양으로도 각 소재를 균일하게 혼합하면서, 비표면적을 증가시켜, 중금속 제거 성능, 유효정수량 성능 및 정수유량을 증가시킬 수 있다.
도 5 내지 도 6은 바인더의 입도 차이에 따른 카본블럭의 표면을 비교한 도면이다.
도 5의 (a)와 도 6의 (a)는 바인더 입도가 120㎛인 경우, 카본블럭의 표면을 분석한 도면이고, 도 5의 (b)와 도 6의 (b)는 바인더 입도가 120㎛ 보다 작아직 경우, 카본블럭의 표면을 분석한 도면이다.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 바인더의 입도가 120㎛ 보다 작아지면, 바인더가 균일 분산되면서, 적은량으로도 활성탄, 수산화철, 티타늄산화물을 바인딩시킬 수 있기 때문에, 바인더의 혼합량을 낮출수 있다.
그리고, 바인더 혼합량이 낮아진 만큼, 활성탄, 수산화철, 티타늄산화물의 혼합량은 증가되어, 비표면적이 증대되고, 결과적으로 중금속 제거성능이 향상될 수 있다. 또한, 바인더의 비율이 줄어들면서, 투수성, 유효정수량이 증가될 수도 있다.
도 7은 본 발명에 따른 필터에 적용된 카본블럭과 종래 카본블럭의 사양을 비교한 표이고, 도 8은 본 발명에 따른 필터에 적용된 카본블럭의 조성비율을 나타낸 표이며, 도 9는 활성탄 대비 타 소재의 혼합비에 따른, 중금속 제거 시험 결과를 비교한 표이다. 그리고, 도 10은 본 발명에 따른 필터에 적용된 카본블럭의 각 소재별 입도를 정리한 표이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 상기 카본블럭(121)의 내경(ID, 3참조)과 외경OD, 도 3참조)은, 1:3 내지 1:4의 비율을 갖을 수 있다.
즉, 종래 대비, 카본블럭(121)은 더 두껍게 형성될 수 있다.
또한, 상기 바인더는, 폴리에틸렌(PE)으로 구비되고, 낮은 입도로 형성될 수 있다.
또한, 상기 수산화철의 입도는 상기 활성탄의 입도보다 작게 형성되고, 상기 티타늄산화물의 입도는 상기 수산화철의 입도보다 작게 형성되며, 상기 바인더의 입도는 상기 티타늄산화물의 입도보다 작게 형성될 수 있다.
일 예로, 상기 수산화철은 약 60~120㎛의 입도를 구비하고, 상기 수산화철의 평균입도는 약 90㎛를 구비할 수 있다.
또한, 상기 티타늄산화물은 약 30~80㎛의 입도를 구비하며, 상기 티타늄산화물의 평균입도는 약 50㎛를 구비할 수 있다.
또한, 상기 활성탄은 약 100~140㎛의 입도를 구비하며, 상기 활성탄의 평균입도는 약 120㎛를 구비할 수 있다.
또한, 상기 필터모듈은, 활성탄, 바인더,수산화철, 티타늄산화물을 혼합하여 제조된 카본블럭을 포함하되, 상기 수산화철과 티타늄산화물의 혼합 중량은, 상기 활성탄의 혼합 중량의 100% 내지 110% 범위에 포함될 수 있다.
또한, 상기 필터모듈은, 활성탄, 바인더,수산화철, 티타늄산화물을 혼합하여 제조된 카본블럭을 포함하고, 활성탄의 혼합 중량이 가장 크고, 상기 티타늄산화물 혼합 중량이, 상기 수산화철의 혼합 중량보다 크며, 상기 바인더의 혼합 중량이 가장 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 필터모듈은, 활성탄, 바인더,수산화철, 티타늄산화물을 혼합하여 제조된 카본블럭을 포함하고, 상기 바인더는 5~15중량% 혼합될 수 있다.
또한, 또한, 상기 필터모듈은, 활성탄, 바인더,수산화철, 티타늄산화물을 혼합하여 제조된 카본블럭을 포함하고, 상기 바인더의 혼합 중량은, 상기 수산화철의 혼합 중량의 90% 내지 110% 범위에 포함될 수 있다.
도 9를 참조하면, 활성탄 대비 바인더의 혼합 비율이 작아지면, 비소, 망간, 아연의 제거율이 증가되는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 필터에 적용되는 카본블럭의 제조과정을 설명한 블럭도이다.
도 11을 참조하면, 먼저, 카본블럭(121)을 구성하는 각 재료를 비율대로 섞어, 카본블럭 혼합물을 생성한다.
일 예로, 상기 카본블럭 혼합물은, 활성탄 54g, 바인더 13g, 수산화철 18g, 티타늄산화물 40g을 혼합하여 제조될 수 있다. 그리고, 상기 바인더는 티타늄산화물 보다 낮은 입도를 구비할 수 있다.
그리고, 골고루 혼합된 카본블럭 혼합물은, 금형에 충진된다. 그리고 압축과정을 거치고, 전기로에 투입된다.
그리고 가열이 진행된다. 상기 가열과정에서, 바인더, 예를 들어 폴리에틸렌(PE)이 용융되어 활성탄, 수산화철, 티타늄산화물, 바인더는 일체로 결합되고, 전체적으로 강성을 갖는 중공관 형태의 카본블럭(121)이 성형될 수 있다.
또한, 가열 이후에는, 냉각이 진행되고, 냉각이 종료되면, 금형을 분리한다.
또한, 금형에서 분리된 중공관 형태의 카본블럭은 단위 길이로 절단될 수 있다.
또한, 절단이 완료된 카본블럭은, 압축공기분사를 통해 세척이 진행된다.
이후, 카본블럭 주변을 부직포를 감싸고, 상하캡을 핫멜트 방식으로 부탁한다.
이후, 치수 및 중량 등을 체크하고, 이상이 없을 시, 포장을 진행한다.
상기와 같은, 본 발명에 따르면, 기존 대비, 저입도 바인더를 적용함에 따라, 바인더 혼합 비율을 절반 가량 낮출 수 있는 효과가 있다.
그리고, 바인더의 입도가 작아지고, 바인더 함량이 감소되어, 균일 분산이 가능하고, 그에 따라 중금속 제거 소재의 비표면적이 증가되면서, 중금속 제거 성능이 향상되는 효과도 있다.
또한, 바인더의 입도가 작아지고, 바인더 함량이 감소되어, 균일 분산이 가능하고, 그에 따라 정수유량이 증가되고, 유효정수량이 향상되는 효과도 있다.
또한, 수중의 망간(Mn), 아연(Zn)을 포함한 수중의 중금속을 확실히 제거할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 처리용량을 확보하면서, 수중의 납, 수은, 비소, 철, 알루미늄, 구리 등의 중금속을 제거할 수 있는 효과가 있다.
Claims (14)
- 유입구와 유출구가 구비된 필터 하우징;
상기 필터 하우징 내에 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입된 물을 정수하여 상기 유출구로 공급하는 필터모듈을 포함하되,
상기 필터모듈은, 활성탄 40~50중량%, 바인더 5~15중량%, 수산화철 10~20중량%, 티타늄산화물 30~40중량%를 혼합하여 제조된 카본블럭을 포함하는 정수기용 필터.
- 제 1항에 있어서,
상기 바인더는, 폴리에틸렌(PE)으로 구비되는 정수기용 필터.
- 제 2항에 있어서,
상기 카본블럭은, 중공관 형태로 구비되는 정수기용 필터.
- 제 3항에 있어서,
상기 카본블럭의 외측을 감싸는 음이온 교환수지 부직포를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정수기용 필터.
- 제 3항에 있어서,
상기 카본블럭의 내경(ID)과 외경(OD)은, 1:3 내지 1:4의 비율을 갖는 정수기용 필터.
- 제 1항에 있어서,
상기 티타늄산화물은, 이산화티타늄으로 구비되는 정수기용 필터.
- 유입구와 유출구가 구비된 필터 하우징;
상기 필터 하우징 내에 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입된 물을 정수하여 상기 유출구로 공급하는 필터모듈을 포함하되,
상기 필터모듈은, 활성탄, 바인더,수산화철, 티타늄산화물을 혼합하여 제조된 카본블럭을 포함하고,
상기 바인더는, 폴리에틸렌(PE)으로 구비되는 정수기용 필터.
- 제 7항에 있어서,
상기 수산화철의 평균입도는 상기 활성탄의 평균입도보다 작게 형성되고,
상기 티타늄산화물의 평균입도는 상기 수산화철의 평균입도보다 작게 형성되며,
상기 바인더의 평균입도는 상기 티타늄산화물의 평균입도보다 작게 형성되는 정수기용 필터.
- 제 8항에 있어서,
상기 활성탄의 평균입도는 120㎛이하로 형성되고,
상기 수산화철의 평균입도는 90㎛이하로 형성되며,
상기 티타늄산화물의 평균입도는 50㎛이하로 형성되는 정수기용 필터.
- 유입구와 유출구가 구비된 필터 하우징;
상기 필터 하우징 내에 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입된 물을 정수하여 상기 유출구로 공급하는 필터모듈을 포함하되,
상기 필터모듈은, 활성탄, 바인더,수산화철, 티타늄산화물를 혼합하여 제조된 카본블럭을 포함하고,
상기 수산화철과 티타늄산화물의 혼합 중량은, 상기 활성탄의 혼합 중량의 100% 내지 110% 범위에 포함되는 정수기용 필터.
- 유입구와 유출구가 구비된 필터 하우징;
상기 필터 하우징 내에 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입된 물을 정수하여 상기 유출구로 공급하는 필터모듈을 포함하되,
상기 필터모듈은, 활성탄, 바인더,수산화철, 티타늄산화물을 혼합하여 제조된 카본블럭을 포함하고,
활성탄의 혼합 중량이 가장 크고, 상기 티타늄산화물 혼합 중량이, 상기 수산화철의 혼합 중량보다 크며, 상기 바인더의 혼합 중량이 가장 작은 정수기용 필터.
- 유입구와 유출구가 구비된 필터 하우징;
상기 필터 하우징 내에 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입된 물을 정수하여 상기 유출구로 공급하는 필터모듈을 포함하되,
상기 필터모듈은, 활성탄, 바인더,수산화철, 티타늄산화물을 혼합하여 제조된 카본블럭을 포함하고,
상기 바인더는 상기 카본블럭 전체 중량의 5~15중량% 혼합되는 정수기용 필터.
- 유입구와 유출구가 구비된 필터 하우징;
상기 필터 하우징 내에 구비되어, 상기 유입구를 통해 유입된 물을 정수하여 상기 유출구로 공급하는 필터모듈을 포함하되,
상기 필터모듈은, 활성탄, 바인더,수산화철, 티타늄산화물를 혼합하여 제조된 카본블럭을 포함하고,
상기 바인더의 혼합 중량은, 상기 수산화철의 혼합 중량의 90% 내지 110% 범위에 포함되는 정수기용 필터.
- 원수로부터 정수를 생성하기 위하여 적어도 하나 이상의 정수기 필터를 포함하는 정수기에 있어서,
상기 정수기 필터는, 제1항 내지 제13항 중 선택된 어느 한 항의 정수기용 필터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정수기.
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