KR20220146101A - 수 처리 장치 - Google Patents

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이진현
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Abstract

본 발명은 정수기와 같은 수 처리 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 탈이온 방식의 수 처리 장치에 있어서, 입수측에 위치하고 인산 이온이 배출되는 인산염 필터; 전기흡착탈이온(CDI) 모듈; 상기 인산염 필터와 상기 CDI 모듈 사이에 위치하는 제1 밸브; 상기 입수측을 상기 인산염 필터를 우회하여 상기 CDI 모듈로 연결하는 바이패스 밸브; 상기 CDI 모듈의 배수측에 위치하는 제2 밸브; 및 상기 CDI 모듈의 정수 출수 측에 위치하는 제3 밸브를 포함할 수 있다.

Description

수 처리 장치 {Water treatment apparatus}
본 발명은 정수기와 같은 수 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 정수기와 같이 원수를 처리하여 정수를 생성하는 수 처리 장치는 현대 다양한 형태로 개시되고 있다. 그런데 수 처리 장치에 적용되는 방식 중 최근 각광을 받고 있는 방식은 EDI(Electro Deionization), CEDI(Continuous Electro Deionization), CDI(Capacitive Deionization)와 같은 탈이온 방식이다. 이 중에서도 최근 가장 각광을 받고 있는 것은 바로 CDI 방식의 수 처리 장치이다.
CDI 방식은 전기적인 힘에 의해 전극의 표면에서 이온이 흡착되고 탈착되는 원리를 이용하여 수중의 이온(오염물질)을 제거하는 방식을 의미한다.
전극에 전압을 인가시킨 채로 이온을 포함한 처리수를 전극(양극과 음극)의 사이로 통과시키면, 음이온은 양극으로 이동하고, 양이온은 음극으로 이동한다. 즉, 흡착이 일어난다. 이와 같은 흡착으로 처리수 내의 이온들이 제거될 수 있다.
그러나, 이와 같은 흡착이 계속되며, 전극은 더 이상 이온을 흡착할 수 없는 상태에 이른다. 이와 같은 상태에 이르면, 전극에 흡착된 이온들을 분리시켜 전극을 재생시킨다. 이때, 전극에서 분리된 이온들을 포함하는 세척수는 외부로 배출된다. 이와 같은 재생은 전극에 전압을 인가하지 않거나, 또는 흡착할 때와는 반대로 전압을 인가하는 것으로 달성될 수 있다.
이와 같이, CDI 방식은 이온의 흡착 운전과 탈착 운전이 반복되면서 동작할 수 있다.
이때, 이상적인 조건은 '흡착량=탈착량'이지만 실제는 '흡착량>탈착량'이 되어 운전시간이 길어짐에 따라 점점 성능 감소가 발생할 수 있다.
탈착되지 않고 남아 있는 이온들은 대부분 탄산칼슘(CaCO3) 형태로, 칼슘(Ca2+) 이온이 탄산(CO3 2-) 이온과 만나 결정 상태로 CDI 모듈의 전극에 쌓일 수 있다.
이와 같이, CDI 모듈의 전극 표면이 탄산칼슘으로 덮이면 반응 면적이 감소하기 때문에 CDI 모듈의 성능이 저하될 수 있다.
따라서, 이와 같은 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기흡착탈이온(CDI) 모듈을 포함하는 탈이온 방식의 수 처리 장치에 있어서, CDI 모듈의 성능 저하를 감소시킬 수 있는 수 처리 장치를 제공하고자 한다.
또한, 원수에 포함된 칼슘 이온이 감소하여 탄산칼슘의 생성을 감소시킬 수 있는 수 처리 장치를 제공하고자 한다.
또한, 이와 동시에, CDI 모듈의 정수능력 저하를 방지할 수 있는 수 처리 장치를 제공하고자 한다.
전기흡착탈이온(CDI) 모듈을 포함하는 탈이온 방식의 수 처리 장치에 있어서, CDI 모듈은 이온의 흡착 운전과 탈착 운전이 반복되면서 동작할 수 있다.
이때, 이상적인 조건은 '흡착량=탈착량'이지만 실제는 '흡착량>탈착량'이 되어 운전시간이 길어짐에 따라 점점 성능 감소가 발생할 수 있다.
탈착되지 않고 남아 있는 이온들은 대부분 탄산칼슘(CaCO3) 형태로, 칼슘(Ca2+) 이온이 탄산(CO3 2-) 이온과 만나 결정 상태로 CDI 모듈의 전극에 쌓일 수 있다.
이와 같이, CDI 모듈의 전극 표면이 탄산칼슘으로 덮이면 반응 면적이 감소하기 때문에 CDI 모듈의 성능이 저하될 수 있다.
이때, 인산염 필터를 이용하여 인산이온과 칼슘 이온이 반응하도록 하여 인산염을 형성하도록 함으로써, CDI 모듈의 전극 상에서 칼슘 이온이 스케일을 형성하는 것을 방지하고 이에 따라 전극이 스케일로 덮이는 현상을 방지할 수 있다.
따라서, CDI 모듈의 수명을 개선할 수 있다.
이를 위한 일 관점으로서, 본 발명은, 탈이온 방식의 수 처리 장치에 있어서, 입수측에 위치하고 인산 이온이 배출되는 인산염 필터; 전기흡착탈이온(CDI) 모듈; 상기 인산염 필터와 상기 CDI 모듈 사이에 위치하는 제1 밸브; 상기 입수측을 상기 인산염 필터를 우회하여 상기 CDI 모듈로 연결하는 바이패스 밸브; 상기 CDI 모듈의 배수측에 위치하는 제2 밸브; 및 상기 CDI 모듈의 정수 출수 측에 위치하는 제3 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 CDI 모듈은 이온을 흡착하는 흡착 운전 및 이온을 탈착하는 탈착 운전에 의하여 동작할 수 있다.
또한, 상기 CDI 모듈의 탈착 운전 시에 상기 인산염 필터가 상기 제1 밸브를 통하여 상기 CDI 모듈에 연결될 수 있다.
또한, 상기 CDI 모듈의 흡착 운전 시에 상기 바이패스 밸브가 개방될 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 밸브 및 상기 바이패스 밸브 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 CDI 모듈의 탈착 운전 시 상기 제2 밸브를 개방시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 CDI 모듈의 배수 시에 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 개방시킬 수 있다.
또한, 상기 CDI 모듈은 적층된 판상의 전극을 포함하는 다수의 전극 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전극은, 집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 위치하는 활성탄코팅층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 인산염 필터는 CDI 모듈의 상기 전극에 스케일 형성을 방지할 수 있다.
또한, 상기 입수측과 상기 인산염 필터 사이에 연결되는 전처리 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 밸브 후단에 연결되는 후처리 필터를 더 포함할 수 있다.
이를 위한 다른 관점으로서, 본 발명은, 탈이온 방식의 수 처리 장치에 있어서, 입수측에 위치하고 인산 이온이 배출되는 인산염 필터; 이온을 흡착하는 흡착 운전 및 이온을 탈착하는 탈착 운전에 의하여 동작하는 전기흡착탈이온(CDI) 모듈; 상기 인산염 필터와 상기 CDI 모듈 사이에 위치하는 제1 밸브; 상기 입수측을 상기 인산염 필터를 우회하여 상기 CDI 모듈로 연결하는 바이패스 밸브; 상기 CDI 모듈의 배수측에 위치하는 제2 밸브; 상기 CDI 모듈에서 배출되는 정수 양을 조절하는 제3 밸브; 및 상기 제1 내지 제3 밸브 및 상기 바이패스 밸브 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 CDI 모듈의 탈착 운전 시에 상기 인산염 필터가 상기 제1 밸브를 통하여 상기 CDI 모듈에 연결되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기흡착탈이온(CDI) 모듈을 포함하는 탈이온 방식의 수 처리 장치에 있어서, CDI 모듈의 성능 저하를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 인산 이온을 공급하여 인산 이온과 칼슘 이온이 결합하는 과정에서 원수에 포함된 칼슘 이온이 감소하여 탄산칼슘의 생성이 감소할 수 있다.
또한, CDI 모듈의 탈착 운전 시에만 인산 이온을 공급함으로써, CDI 모듈의 정수능력 저하를 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 여기에서 언급하지 않은 추가적인 기술적 효과들도 있다. 당업자는 명세서 및 도면의 전취지를 통해 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치에서 인산염 필터에 의한 결합구조를 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 CDI 모듈을 나타내는 일부 절결 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치용의 전극 어셈블리를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 CDI 모듈에서 물이 정화되는 상태를 나타내는 개념도이다.
도 7은 도 5에 도시된 CDI 모듈가 재생되는 상태를 나타내는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 흡착 운전 시의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 탈착 운전 시의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 흡착 운전과 탈착 운전 시의 제어 상태를 나타내는 타이밍 도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 TDS 제거율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 정수 유량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 배수 유량 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
나아가, 설명의 편의를 위해 각각의 도면에 대해 설명하고 있으나, 당업자가 적어도 2개 이상의 도면을 결합하여 다른 실시예를 구현하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치를 나타내는 사시도이다.
본 발명에 따른 수 처리 장치는 정수기, 연수기 등과 같은 다양한 정화 장치가 해당될 수 있다. 또한, 세탁기, 식기세척기, 냉장고 등에 설치되는 정화 수단이 해당될 수도 있다.
이하, 수 처리 장치에 대해 정수기를 일례로 설명하나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 수 처리 장치는 외부에서 유입된 원수에 포함된 이온을 전기 흡착시킨 뒤 배출하는 범위에서는 다양한 실시예가 발생할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 수 처리 장치는 일례로, 정수기일 수 있다.
정수기(10)는 외부 급수원으로부터 직접 공급되는 물을 정수한 후 취출시키기 위한 것일 수 있다.
정수기(10)는 다수의 패널의 결합에 의해 외형이 이루어질 수 있다. 보다 상세하게는, 정수기(10)는, 전면 외관을 형성하는 전면 패널(11)과, 양 측면 외관을 형성하는 측면 패널(12)과, 상면 외관을 형성하는 상면 패널(13)과, 후면 외관을 형성하는 후면 패널, 및 하면 외관을 형성하는 베이스 패널의 결합에 의해 전체적으로 대략 육면체의 형태를 가질 수 있다. 그리고, 이들 패널들이 결합하여 형성된 내부 공간에는 정수를 위한 다수의 부품들이 장착될 수 있다.
전면 패널(11)에는, 사용자가 정수기(10)의 동작 명령을 입력함과 동시에, 정수기(10)의 동작 상태를 표시하기 위한 조작표시부(14)가 구비될 수 있다.
조작표시부(14)의 하측에는 사용자가 정수된 물을 출수하기 위하여 조작 가능한 워터 슈트(15)가 구비될 수 있다. 워터 슈트(15)는 사용자가 조작하여 정화된 물을 출수할 수 있도록 구비될 수 있다. 워터 슈트(15)는 사용자가 정수된 물을 출수하기 위하여 물의 취출구를 개폐하는 기능을 하므로, 개폐장치 또는 개폐노즐 등으로 표현될 수도 있다.
워터 슈트(15)는, 사용자의 조작에 의해 정수기(10)의 기능에 따라 정수, 냉수 또는 온수 등을 출수할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 정수기(10)는, 급수원으로부터 공급되는 물에 포함된 이물질을 걸러주는 필터를 포함할 수 있다. 이러한 필터는 필터 어셈블리 형태로 구비될 수 있다. 필터 어셈블리는 카본 필터(carbon filter)를 포함할 수 있다. 이러한 필터에 대해서는 후술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치를 나타내는 블록도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치에서 인산염 필터에 의한 결합구조를 나타내는 도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 수 처리 장치는 탈이온 방식의 수 처리 장치를 나타내고 있다.
이러한 수 처리 장치는, 크게, 입수측(원수)에 위치하고 인산 이온이 배출되는 인산염 필터(100), 전기흡착탈이온(CDI) 모듈(200), 그리고 이들 인산염 필터(100) 및 CDI 모듈(200)과 연결되는 밸브들(110, 120, 130, 140)을 포함할 수 있다.
여기서, 인산염 필터(100)를 통하여 인산이온(PO4 3-)이 용출되며, 이렇게 용출된 인산이온이 일반적으로 원수에 용해되어 있는 칼슘이온과 반응하여 인산염(Ca3(PO4)2)을 형성하게 된다. 이러한 과정은 화학식 1 및 도 3에 도시되어 있다.
Figure pat00001
따라서, 인산염 필터(100)는 CDI 모듈(200)의 전극에 스케일(CaCO3)이 형성되는 현상을 방지하거나 감소시킬 수 있다. 이에 대해서는 자세히 후술한다.
CDI(Capacitive Deionization)와 같은 탈이온 방식을 이용하는 CDI 모듈(200)은 이온의 흡착 운전과 탈착 운전이 반복되면서 동작할 수 있다.
먼저, CDI의 동작원리를 간략히 설명하면 다음과 같다.
원수에 다량 포함된 스케일 유발물질(Ca2+, Mg2+ 등)은 CDI 모듈(200)로 유입되어 일정시간 흡착 과정(흡착 운전)을 통하여 CDI 모듈(200)의 후단(제3 밸브(140) 측)으로 배출된다. 이후, 흡착이 포화되면 흡착된 이온들은 탈착 과정(탈착 운전)을 통하여 CDI 모듈(200)의 후단(제2 밸브(130) 측)으로 배출될 수 있다.
따라서, 제3 밸브(140)를 정수 밸브라고 칭할 수 있고, 제2 밸브(130)를 배수 밸브라고 칭할 수 있다.
이때, 이상적인 조건은 '흡착량=탈착량'이지만 실제는 '흡착량>탈착량'이 되어 운전시간이 길어짐에 따라 점점 성능 감소가 발생할 수 있다.
탈착되지 않고 남아 있는 이온들은 대부분 탄산칼슘(CaCO3) 형태로, 칼슘(Ca2+) 이온이 탄산(CO3 2-) 이온과 만나 결정 상태로 CDI 모듈(200)의 전극에 쌓일 수 있다.
이와 같이, CDI 모듈(200)의 전극 표면이 탄산칼슘으로 덮이면 반응 면적이 줄어들기 때문에 CDI 모듈(200)의 성능이 저하될 수 있다.
이때, 인산염 필터(100)를 이용하여 인산 이온과 칼슘 이온이 반응하도록 하여 인산염을 형성하도록 함으로써, CDI 모듈(200)의 전극 상에서 칼슘 이온이 스케일을 형성하는 것을 방지하고 이에 따라 전극이 스케일로 덮이는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, CDI 모듈(200)의 수명을 개선할 수 있다. 이에 대해서는 자세히 후술한다.
위에서 언급한 바와 같이, CDI 모듈(200)은 이온의 흡착 운전과 탈착 운전이 반복되면서 동작할 수 있다. 통상, CDI 모듈(200)의 전극에 흡착된 이온들의 농도가 통상 원수에 포함된 이온농도 대비 2 내지 3배 이상으로 높다. 따라서, CDI 모듈(200)의 전극에 흡착된 고농도의 스케일 유발 물질의 탈착 시, CDI 모듈(200)의 전극에 스케일 생성 확률이 흡착 과정보다 높다. 이와 같은 흡착 및 탈착 과정이 반복되면 CDI 모듈(200)의 전극에 스케일이 생성되어 전극의 흡착능력이 급속히 저하될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 의하면, CDI 모듈(200)의 탈착 운전에 의하여 고농도의 스케일 유발 물질이 함유된 농축수 배출 시에 인산염 필터(100)가 CDI 모듈(200)과 연결되도록 제어할 수 있다. 일례로, 본 발명의 실시예에 의하면, CDI 모듈(200)의 탈착 운전시에만 인산염 필터(100)가 CDI 모듈(200)과 연결될 수 있다.
다시말하면, CDI 모듈(200)을 이용한 정수 과정에 인산염 필터(100)를 통과한 물(인산이온이 포함된 물)이 CDI 모듈(200)의 전극으로 입수되면 CDI 모듈(200)의 전극이 인산을 흡착 함으로써 상대적으로 스케일 유발물질(Ca2+, Mg2+ 등)의 흡착능력(정수능력)이 저하될 수 있다. 따라서, CDI 모듈(200)의 정수 과정 중에는 인산염 필터(100)를 통과한 물이 CDI 모듈(200)로 입수되지 않게 제어하는 것이 유리할 수 있다.
이러한 구성을 위하여, 인산염 필터(100)와 CDI 모듈(200) 사이 제1 밸브(110)가 위치할 수 있다. 또한, 입수측을 인산염 필터(100)를 우회하여 CDI 모듈(200)로 연결하는 바이패스 밸브(120)가 위치할 수 있다.
또한, CDI 모듈(200)의 배수측에 위치하는 제2 밸브(130) 및 CDI 모듈(200)의 출수측에 위치하는 제3 밸브(140)이 위치할 수 있다. 이때, 제2 밸브(130)는 CDI 모듈(200)의 탈착 운전 시 배수측으로 배수가 배출될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 제3 밸브(140)는 CDI 모듈(200)의 흡착 운전 시 정수가 배출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 인산염 필터(100)와 CDI 모듈(200) 사이에 위치하는 제1 밸브(110), 원수가 공급되는 입수측을 인산염 필터(100)를 우회하여 CDI 모듈(200)로 연결하는 바이패스 밸브(120), CDI 모듈(200)의 배수측에 위치하는 제2 밸브(130) 및 CDI 모듈(200)에서 배출되는 정수 양을 조절하는 제3 밸브(140)를 포함할 수 있다.
위와 같은 구성에 의하여, 위에서 설명한 바와 같이, CDI 모듈(200)의 탈착 운전 시에 인산염 필터(100)가 제1 밸브(110)를 통하여 CDI 모듈(200)에 연결될 수 있다.
또한, CDI 모듈(200)의 흡착 운전 시에 바이패스 밸브(120)가 개방될 수 있다. 따라서, CDI 모듈(200)의 흡착 운전 시에는 원수가 인산염 필터(100)를 거치지 않고 바이패스 밸브(120)를 통하여 CDI 모듈(200)로 유입될 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 밸브(110, 130, 140) 및 바이패스 밸브(120) 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부(300)가 구비될 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 밸브(110, 130, 140) 및 바이패스 밸브(120) 중 적어도 어느 하나는 마이콤과 같은 전자 소자로 구비되는 제어부(300)에 의하여 제어될 수 있는 전자 제어식 밸브일 수 있다.
일례로, 제1 내지 제3 밸브(110, 130, 140) 및 바이패스 밸브(120)는 모두 제어부(300)에 의하여 제어될 수 있는 전자식 밸브일 수 있다. 또한, 제어부(300)는 CDI 모듈(200)에 정전압 및 역전압을 공급하여 CDI 모듈(200)이 흡착 운전 및 탈착 운전되도록 제어할 수 있다.
이하, 제1 내지 제3 밸브(110, 130, 140) 및 바이패스 밸브(120)는 모두 제어부(300)에 의하여 제어되는 예를 들어 본 발명의 실시예를 설명한다.
위에서 설명한 바와 같이, 제어부(300)는, CDI 모듈(200)의 탈착 운전 시에 인산염 필터(100)가 CDI 모듈(200)에 연결되도록 제1 밸브(110)를 제어할 수 있다.
또한, CDI 모듈(200)의 흡착 운전 시에 제어부(300)는 바이패스 밸브(120)를 개방시킬 수 있다. 따라서, CDI 모듈(200)의 흡착 운전 시에는 원수가 인산염 필터(100)를 거치지 않고 바이패스 밸브(120)를 통하여 CDI 모듈(200)로 유입될 수 있다.
또한, 제어부(300)는 CDI 모듈(200)의 탈착 운전 시 제2 밸브(130)를 개방시킬 수 있다. 따라서, CDI 모듈(200)의 탈착 운전 시에는 CDI 모듈(200)을 통과한 물은 제2 밸브(130)를 통하여 배수될 수 있다.
이와 같이, 제어부(300)는 CDI 모듈(200)의 배수 시에 제1 밸브(110) 및 제2 밸브(130)를 개방시킬 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 인산염 필터(100)는 CDI 모듈(200)의 전극에 스케일 형성을 효율적으로 막을 수 있다.
한편, 입수측과 인산염 필터(100) 사이에는 전처리 필터(400)가 구비될 수 있다. 이러한 전처리 필터(400)는 선택적으로 구비될 수 있다. 전처리 필터(400)는 특히, 본 발명의 실시예가 정수기로 구현될 경우에 구비될 수 있다.
이러한 전처리 필터(400)는 침전필터(세디먼트 필터), 전처리 카본필터(프리카본 필터), 중공사막 필터(UF 멤브레인 필터), 및 역삼투압 필터(R/O 멤브레인 필터) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
침전필터는 녹이나 흙, 모래, 먼지를 불순물을 제거하는 초기 단계 필터일 수 있다. 전처리 카본필터는 활성탄의 흡착방식을 이용하여 화합물질과 냄새를 흡착, 제거하는 필터일 수 있다. 중공사막 필터는 세균과 나쁜 물질은 걸러내고, 미네랄 성분이 함유된 물을 통과시키는 필터일 수 있다. 역삼투압 필터는 불순물과 미네랄을 제거할 수 있다.
또한, 제3 밸브(140) 후단에 연결되는 후처리 필터(410)가 더 구비될 수 있다. 이러한 후처리 필터(410)는 선택적으로 구비될 수 있다. 후처리 필터(410)는 특히, 본 발명의 실시예가 정수기로 구현될 경우에 구비될 수 있다.
이러한 후처리 필터(410)는 후처리 카본필터(포스트카본)를 포함할 수 있다. 이러한 후처리 카본필터(410)는 세균 번식을 방지하고, 물에 스며든 냄새를 제거해주는 역할을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 CDI 모듈을 나타내는 일부 절결 사시도이다. 위에서 설명한 바와 같이, CDI 모듈(200)은 CDI(Capacitive Deionization)와 같은 탈이온 방식의 수 처리 장치용 필터를 나타낼 수 있다.
도 4를 참조하면, CDI 모듈(200)은, 물이 유입되는 입수부(260) 및 물이 배출되는 출수부(270)를 포함하는 챔버(201)가 구비될 수 있다. 도 4에서 챔버(201)의 일부가 절결된 상태로 내부 모습이 도시되고 있다.
챔버(201) 내에는 입수부(260)를 통하여 유입된 유입수와 접촉하도록 위치하고, 다수의 전극 유닛을 포함하는 전극 어셈블리(205)가 구비될 수 있다.
이러한 전극 어셈블리(205)에는 전원을 공급하는 전원연결부(290)가 연결될 수 있다. 전극 어셈블리(205)의 일측에는 전극 어셈블리(205)의 전극의 일측이 돌출되어 전원연결부(290)를 통하여 서로 연결될 수 있다.
이와 같이, 챔버(201)의 내부공간에는 전극 어셈블리(205)가 수용되고, 입수부(260)를 통해 외부에서 챔버(201)의 내부공간으로 물(유입수)이 유입될 수 있다.
이때, 유입된 물은 전극 어셈블리(205)를 통과한 뒤, 출수부(270)를 통해 챔버(201) 외부로 배출될 수 있다. 이 과정에서 물에 포함된 이온은 전극 어셈블리(205)를 통과하면서 전극 어셈블리(205)에 흡착되어 제거될 수 있다.
챔버(201)는 직육면체 형상으로 형성될 수 있고, 상측부(202)와 하측부(203)로 분할되어 구비될 수 있다. 이러한 챔버(201)는 물이 새지 않도록 구비될 수 있다. 이를 위하여, 상판(204), 하판(206), 이들 상판(204)과 하판(206)을 결속시키는 볼트와 같은 체결수단(280), 그리고 이들 사이에 위치하는 실링부재가 구비될 수 있다.
이와 같이, 챔버(201)가 상측부(202)와 하측부(203)로 분리될 경우, 챔버(201)의 내부공간이 외부로 노출되어 내부공간에 전극 어셈블리(205)를 적층하는 작업이 수월하게 진행될 수 있다.
또한, 챔버(201) 내에 문제 발생 시, 상측부(202)와 하측부(203)를 분리하여 점검 및 보수가 용이하게 진행될 수 있다.
입수부(260)를 통하여 챔버(201) 내에 공급된 유입수는 전극 어셈블리(205)의 측면으로 공급될 수 있다. 이러한 과정에서 유입수는 전극 어셈블리(205)의 전체 두께에 골고루 공급될 수 있다.
이와 같이, 전극 어셈블리(205)의 측면 방향으로 물이 골고루 공급된 후, 전극 어셈블리(205)의 측면 방향에서 중심부 측으로 유동하면서 이온 교환이 이루어질 수 있다. 이후, 이온 교환이 이루어진 물은 전극 어셈블리(205)의 내부, 일례로 중심부에 연결되는 출수부(270)를 통해 외부로 빠져나갈 수 있다.
즉, 입수부(260)는 제1 밸브(110) 및 바이패스 밸브(120)와 선택적으로 연결될 수 있고, 출수부(270)는 배수측의 제2 밸브(130) 및 정수측의 제3 밸브(140)와 선택적으로 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치용의 전극 어셈블리를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 전극 어셈블리(205)는 여러 개의 전극 유닛(205a)들이 스택을 이루는 예를 도시하고 있다. 도 5에서는 두 개의 전극 유닛(205a)이 도시되어 있으나, 이보다 많은 수의 전극 유닛이 스택을 이루어 구비될 수 있다.
이때, 각 전극 유닛(205a)은 적층되어 구성되는 다수의 전극(210), 적층된 다수의 전극(210)의 일측 단부 또는 타측 단부에 연결되는 다수의 전극수단(220)과, 각 전극(210) 사이에 위치하는 절연성 재질의 스페이서(230)를 포함할 수 있다. 여기서 전극수단(220)은 위에서 설명한 전원연결부(290)와 동일한 구성일 수 있다.
이와 같이, CDI 모듈(200)은 적층된 판상의 전극(210)을 포함하는 다수의 전극 유닛(205a)을 포함할 수 있다.
또한, 전극(210)은, 집전체(211) 및 이 집전체(211)의 적어도 일면에 위치하는 활성탄코팅층(212)을 포함할 수 있다.
일례로, 전극(210)은 활성탄 입자, 전도성 고분자 입자, 바인더를 혼합한 혼합물을 집전체(211)의 표면에 도포하여 형성될 수 있다.
전극유닛(205a)은 이웃하는 전극(210)이 양극(+극)과 음극(-극)을 번갈아 가며 형성하도록 전극수단(220)을 통해 전극(210)에 전류를 공급하는 전원부(240)와 연결될 수 있다.
집전체(211)는 박막의 형태로서, 전도체(electric conductor)로 구비될 수 있다. 일례로, 집전체(211)는 흑연포일(graphite foil)을 포함할 수 있으며, 이 밖에도 다양한 종류의 전도체가 집전체(211)로 채택될 수 있다.
한편, 활성탄코팅층(212)은 집전체(211)의 일면 또는 양면에 위치할 수 있다. 이러한 활성탄코팅층(212)은 활성탄을 포함할 수 있다. 따라서, 정전기적인 인력에 의해 활성탄코팅층(212)에 원수의 불순물이 흡착되면, 흡착된 불순물은 활성탄 표면의 마크로 포어(Macro pore)라고 하는 구멍 속으로 확산을 통해 이동한 후, 내부의 메조포어(Meso pore) 또는 마이크로포어(Micro pore)에서 최종적으로 흡착 및 제거될 수 있다.
이와 같은 전극(210)은 요구되는 물의 경도 정도에 따라 그 적층 개수가 다양하게 조절될 수 있다.
스페이서(230)는 전극(210)들 사이에 배치될 수 있다. 스페이서(230)는 전극(210) 사이에서 간격을 형성하면서, 전극(210) 간의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 원수는 스페이서(230)를 통해서 전극(210) 사이를 통과하면서 정수될 수 있다.
이러한 스페이서(230)는 부도체(insulator)이면서 통수성 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 스페이서(230)는 전극(210) 사이에서 단락을 방지하고, 정수가 진행되는 원수가 통과하는 유로를 제공할 수 있다. 일례로, 스페이서(230)는 복수의 통수로가 형성된 나일론(nylon) 재질로 형성될 수 있다.
전극수단(220)은 한 쌍으로 구비되어, 적층된 복수의 전극(210)의 일측 또는 타측 단부와 연결될 수 있다. 또한, 전극수단(220)은 전도체(electric conductor)로 구비될 수 있다. 일 예로, 전극수단(220)은 구리(Cu)재질로 형성될 수 있다.
전원부(240)에서는, 원수의 물분해는 이루어지지 않으면서, 이온 흡착은 가능한 범위에서 전압이 인가될 수 있다. 일례로, 전원부(240)는 1.5 V 이하의 전압을 인가할 수 있다.
전원부(240)에서 공급되는 전류의 방향에 따라 전극부(220)는 양극 또는 음극의 전압이 인가될 수 있다. 이와 같이, 전극수단(220)은, 상호 이격되어 배치된 양측의 전극수단(220)을 포함할 수 있다.
도 5에서와 같이, 도면의 우측에 배치된 전극수단(220)이 양극(+)일 경우, 도면의 좌측에 배치된 전극수단(220)은 음극(-)일 수 있다. 반대로, 도면의 우측에 배치된 전극수단(220)이 음극(-)이라면, 도면의 좌측에 배치된 전극수단(220)은 양극(+)일 수 있다.
이하, 양극이 형성된 전극수단(220)은 양극이라 칭하고, 음극이 형성된 전극수단(220)은 음극이라 칭한다.
적층된 복수의 전극(210)은 이웃하는 전극(210)과 양극과 음극이 번갈아 형성될 수 있다. 여기서 이웃한다는 의미는 그 사이에 스페이서(230)를 두고 두 전극(210)이 서로 근접한다는 것을 의미한다. 즉, 도면상의 최상단에 배치된 전극(210)은 그 바로 아래 스페이서(230)를 사이에 두고 배치된 두번째 전극(210)과 이웃한다고 볼 수 있다.
이와 같이 전극(210)이 이웃하는 전극(210)과 양극과 음극을 번갈아 가며 형성하기 위해서는 전극(210)의 양측에 배치된 전극수단(220)에 양극과 음극이 각각 형성되고, 적층된 복수의 전극(210)은 이웃하는 전극(210)과 양극과 음극에 각각 번갈아가며 연결될 수 있다.
일례로, 도 5에서와 같이, 도면의 우측이 양극이고, 도면의 좌측이 음극인 경우, 도면상의 최상단에 배치된 첫번째 전극(210)은 우측의 양극과 연결되고, 그 아래 배치된 두번째 전극(210)은 좌측의 음극과 연결될 수 있다. 또한, 두번째 전극(210)의 아래 배치된 세번째 전극(210)은 우측의 양극과 연결되고, 세번째 전극(210)의 아래 배치된 네번째 전극(210)은 좌측의 음극과 연결될 수 있다.
이때, 양극과 연결된 전극(210)은 음극과 전기적으로 분리된 상태이고, 음극과 연결된 전극(210)은 양극과 전기적으로 분리된 상태이다.
또한, 도면의 우측이 양극이고, 도면의 좌측이 음극인 경우라 하더라도, 도면상의 최상단에 배치된 전극(210)이 좌측의 음극과 연결되고, 그 아래 배치된 전극(210)은 우측의 양극과 연결될 수도 있다.
다른 예로, 도면의 우측이 음극이고, 도면의 좌측이 양극인 경우, 도면상의 최상단에 배치된 전극(210)은 좌측의 양극과 연결되고, 그 아래 배치된 전극(210)은 우측의 음극과 연결될 수 있다.
또한, 도면의 우측이 음극이고, 도면의 좌측이 양극인 경우라 하더라도, 도면상의 최상단에 배치된 전극(210)은 우측의 음극과 연결되고, 그 아래 배치된 전극(210)이 좌측의 양극과 연결될 수도 있다.
이때도 마찬가지로, 양극과 연결된 전극(210)은 음극과 전기적으로 분리된 상태이고, 음극과 연결된 전극(210)은 양극과 전기적으로 분리된 상태이다.
일례로, 양극에 연결된 전극(210)이 음극과 전기적으로 분리될 수 있도록, 음극은 양극에 연결된 전극(210)으로부터 이격 배치되고, 음극에 연결된 전극(210)이 양극과 전기적으로 분리될 수 있도록, 양극은 음극과 연결된 전극(210)으로부터 이격 배치될 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 CDI 모듈에서 물이 정화되는 상태를 나타내는 개념도이고, 도 7은 도 5에 도시된 CDI 모듈가 재생되는 상태를 나타내는 개념도이다. 이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 수 처리 장치용 필터의 작동을 설명한다.
먼저, 도 6을 참조하면, 도면의 좌측에 배치된 전극(210)이 양극으로 대전되고, 도면의 우측에 배치된 전극(210)이 음극으로 대전된 상태에서, 두 전극(210) 사이로 유입수를 통과시키면, 유입수에 포함된 음이온(-)은 양극으로 대전된 좌측의 전극(210)에 흡착되고, 유입수에 포함된 양이온(+)은 음극으로 대전된 우측의 전극(210)에 흡착될 수 있다.
이와 같은 과정에 의해 유입수에 포함된 음이온(-)과 양이온(+)이 흡착 및 제거되면서, 유입수의 정화가 이루어질 수 있다.
반대로, 도면의 우측 배치된 전극(210)이 양극으로 대전되고, 도면의 좌측에 배치된 전극(210)이 음극으로 대전된 상태에서, 두 전극(210) 사이로 유입수를 통과시키면, 유입수에 포함된 음이온(-)은 양극으로 대전된 우측의 전극(210)에 흡착되고, 유입수에 포함된 양이온(+)은 음극으로 대전된 좌측의 전극(210)에 흡착될 수 있다.
이때, 유입수는 전극(210) 사이에 쇼트방지 및 유로 확보를 위해 배치된 투수성 스페이서(230)를 통해 전극(210) 사이를 용이하게 통과할수 있다.
그러나, 이러한 흡착이 계속되면서, 전극(210)에 흡착된 이온이 많아지면, 전극(210)은 더 이상 이온을 흡착할 수 없거나, 이온 흡착력이 현저히 저하되는 상태에 이를 수 있다.
이와 같은 상태에 이르면, 도 7에 도시한 바와 같이 전극(210)에 흡착된 이온들을 분리시켜 전극(210)을 재생시킬 필요가 있다.
이와 같이, 전극(210)의 재생을 위한 방법으로는, 전류 공급을 차단하는 방법이 있고, 이온을 흡착할 때와는 반대로 전류를 흐르게 하는 방법이 있다.
본 발명의 실시예의 경우, 전원부(240)는, 전극 어셈블리(205)에 유입수(처리수)가 공급되면, 일방향으로 전류를 공급하고, 전극(210)에 이온을 흡착시켜 수중의 이온을 제거할 수 있다.
그리고, 전원부(240)는 전극 어셈블리(205)에 유입수(세척수)가 공급되면, 위의 일방향과 반대되는 방향으로 전류를 공급하고, 전극(210)에 흡착된 이온을 수중으로 배출시켜 전극(210)을 재생시킬 수도 있다.
일례로, 도 6에서와 같이, 원수에 포함된 음이온(-)이 양극으로 대전된 좌측의 전극(210)에 흡착되고, 원수에 포함된 양이온(+)이 음극으로 대전된 우측의 전극(210)에 흡착된 상태에서, 전극(210)을 재생시키기 위해서는, 전류의 흐름을 바꾸어 도 7에서와 같이, 도면 좌측의 전극(210)을 음극으로 대전시키고, 도면 우측의 전극(210)을 양극으로 대전시킬 수 있다.
그러면, 정수과정에서 좌측의 전극(210)에 흡착되었던 음이온(-)은 음극으로 대전된 좌측의 전극(210)에서 분리되고, 정수과정에서 우측의 전극(210)에 흡착되었던 양이온(+)은 양극으로 대전된 우측의 전극(210)에서 분리될 수 있다.
이와 같은 과정에서 양측의 전극(210)에서 분리된 양이온(+) 및 음이온(-)은 세척수와 함께 외부로 배출될 수 있다.
이러한 전극(210)의 세척 과정을 통해, 전극(210)에 흡착된 이온이 제거되면, 전극 어셈블리(205)의 이온제거능력이 재생되어, 이온제거능력이 일정하게 유지될 수 있다.
이와 같은 과정으로 전극 어셈블리(205)를 구동하면, 수중의 이온이 신속하게 제거되기 때문에 물의 경도가 낮아져 물의 연수화가 이루어질 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 흡착 운전 시의 동작을 나타내는 순서도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 탈착 운전 시의 동작을 나타내는 순서도이다. 또한, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 흡착 운전과 탈착 운전 시의 제어 상태를 나타내는 타이밍 도이다.
먼저, 도 8 및 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 수 처리 장치의 흡착 운전 시의 동작을 설명한다.
흡착 운전 시, 인산염 필터(100)와 CDI 모듈(200) 사이에 위치하는 제1 밸브(110)는 닫히고(Off) 바이패스 밸브(120)는 열린다(On)(S10).
흡착 운전이므로 CDI 모듈(200)의 출력은 양의 전압 값이다. 즉, 크기가 1.5 V 이하의 양의 전압(정전압)이 CDI 모듈(200)의 전극유닛(220)으로 인가된다(S11).
이에 따라, 일정시간 흡착 과정(흡착 운전)을 통하여 CDI 모듈(200)의 후단에 위치하는 제3 밸브(140) 측으로 정수가 배출된다.
또한, 배수 밸브에 해당하는 제2 밸브(130)는 닫히고(Off) 정수 밸브에 해당하는 제3 밸브(140)는 열린다(On)(S12).
이후, 탈착 운전으로 전환될 수도 있고, 흡착 운전이 종료될 수도 있다.
흡착 운전이 종료되는 경우는(S13) 제1 내지 제3 밸브(110, 130, 140) 및 바이패스 밸브(120)가 모두 닫히고(Off)(S14) CDI 모듈(200)의 동작이 종료될 수 있다.
다음, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 수 처리 장치의 탈착 운전 시의 동작을 설명한다.
탈착 운전 시, 인산염 필터(100)와 CDI 모듈(200) 사이에 위치하는 제1 밸브(110)는 열리고(On) 바이패스 밸브(120)는 닫힌다(Off)(S20).
따라서, 인산염 필터(100)에서 인산 이온(PO4 3-)이 용해되어 원수에 포함된 칼슘 이온과 결합할 수 있다.
이와 같이, 인산 이온과 결합하는 과정에서 원수에 포함된 칼슘 이온이 감소하여 탄산칼슘의 생성이 감소할 수 있다.
또한, 이와 같이, 탄산칼슘의 생성이 감소하고, 칼슘 이온은 인산 이온과 결합하여 배출되므로 CDI 모듈(200)의 수명이 개선될 수 있다.
탈착 운전이므로 CDI 모듈(200)의 출력은 음의 전압 값이다. 즉, 크기가 1.5 V 이하의 음의 전압(역전압)이 CDI 모듈(200)의 전극유닛(220)으로 인가된다(S21). 여기서 역전압이란 0 내지 -1.5 V 사이의 전압을 의미할 수 있다.
이에 따라, 일정시간 탈착 과정(탈착 운전)을 통하여 CDI 모듈(200)의 후단에 위치하는 제2 밸브(130) 측으로 배수가 배출된다.
또한, 배수 밸브에 해당하는 제2 밸브(130)는 열리고(On) 정수 밸브에 해당하는 제3 밸브(140)는 닫힌다(Off)(S22).
이후, 흡착 운전으로 전환될 수도 있고, 탈착 운전이 종료될 수도 있다.
탈착 운전이 종료되는 경우는(S23) 제1 내지 제3 밸브(110, 130, 140) 및 바이패스 밸브(120)가 모두 닫히고(Off)(S24) CDI 모듈(200)의 동작이 종료될 수 있다.
한편, 흡착 운전 시에는 인산 이온이 CDI 모듈(200)의 전극에 흡착되어 흡착되는 양 만큼 다른 이온을 흡착시키지 못하므로 성능이 저하될 수 있다.
따라서 흡착 운전 시에는 인산염 필터(100)와 CDI 모듈(200) 사이에 위치하는 제1 밸브(110)는 닫히고(Off) 바이패스 밸브(120)는 열리게 되어(On), 인산이온 공급을 차단하고, 탈착 운전 시에만 인산염 필터(100)를 통하여 인산 이온이 공급되는 것이다.
이와 같이, 흡착 운전 시에는 인산 이온 공급을 차단하고, 탈착 운전 시에만 인산 이온이 공급되도록 하여 탄산칼슘의 생성을 줄이고, 칼슘 이온은 인산 이온과 결합하여 배출되므로 CDI 모듈(200)의 수명이 개선될 수 있다.
부연하면, 본 발명의 실시예에 의하면, CDI 모듈(200)에서 농축수 배출 시에만 인산염 필터(200)를 적용함으로써 CDI 모듈(200)의 전극의 수명을 효과적으로 늘릴 수 있을뿐 아니라 정수 능력도 향상할 수 있다.
한편, CDI 모듈(200)의 정수 과정에 인산염 필터(100)를 통과한 물(인산이 포함된 물)이 CDI 모듈(200)이 전극으로 입수되면 CDI 모듈(200)의 전극이 인산을 흡착 함으로써 상대적으로 스케일 유발물질 (Ca2+, Mg2+ 등)의 흡착능력(정수능력)이 저하될 수 있다. 따라서, 이러한 과정에서 CDI 모듈(200)의 정수 특성이 저하될 수 있으므로, CDI 모듈(200)이 정수과정(흡착 운전)을 수행하는 중에는 인산염 필터(100)를 통과한 물이 CDI 모듈(200)로 입수되지 않도록 제어하는 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 TDS 제거율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수 처리 장치에 의한 정수의 총 용존 고형물질(TDS; total dissolved solid)의 제거율을 종래의 경우와 비교하는 데이터를 나타내고 있다.
도 11에서, 종래1의 경우는 인산염 필터(200)를 적용하지 않은 경우에 해당하고, 종래2는 인산염 필터(200)의 경로를 제어하지 않고 단순히 인산염 필터(200)를 적용한 경우에 해당한다.
TDS 제거율은 "1-(정수 TDS/원수 TDS))×100(%)"로 계산되며, CDI 모듈(200)의 정수 성능을 나타내는 지표 중 하나이다. 도 11에서 주기적으로 전극 자동세척 기능이 작동하여 일시적으로 제거율이 상승할 수 있으므로 톱니 파형을 보일 수 있다.
도 11을 참조하면, TDS 제거율은 종래1 및 종래2의 경우에 비하여 본 발명의 실시예를 적용한 경우에 우수함을 알 수 있다.
구체적으로, 단순히 인산염 필터(200)를 적용한 경우인 종래2에 비하여 본 발명의 실시예의 TDS 제거율은 큰 차이를 보임을 알 수 있다. 또한, TDS 제거율이 시간이 경과함에 따라 실질적으로 크게 저하되지 않는 것을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 정수 유량 변화를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 배수 유량 변화를 나타내는 그래프이다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수 처리 장치의 정수 유량 변화 및 배수 유량 변화를 표로 나타내고 있다.
여기서, 가로변의 숫자(1, 2, 3)는 수 처리 장치의 작동 일수를 나타낸다. 즉, 구동 시작일(1) 부터 차례로 2 일째 되는 날(2) 및 3 일째 되는 날(3)에서 각 특성을 나타내고 있다.
Figure pat00002
도 12 및 도 13에서 도 11과 마찬가지로 종래1의 경우는 인산염 필터(200)를 적용하지 않은 경우에 해당하고, 종래2는 인산염 필터(200)의 경로를 제어하지 않고 단순히 인산염 필터(200)를 적용한 경우에 해당한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 정수 유량 변화 및 배수(폐수) 유량 변화의 특성 모두 본 발명의 실시예를 적용한 경우에 우수함을 알 수 있다.
즉, 도 12를 참조하면, 정수 유량 변화가 2 일차에 소량 증가하고, 3 일차에는 2 일차에 비하여 변화가 발생하지 않음을 알 수 있다. 즉, 정수 유량의 변화가 상대적으로 크지 않음을 알 수 있다.
특히, 도 13을 참조하면, 2 일차 및 3 일차에서 배수의 유량 변화는 발생하지 않음을 알 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, CDI 모듈(200)의 탈착 운전 시 인산염 필터(100)로부터 인산 이온이 투입되어 스케일 생성을 억제할 수 있다.
만일 스케일이 발생하면 CDI 모듈(200)의 전극 표면을 스케일이 덮어서 전극의 유효 면적이 감소하고 반응하는 면적이 또한 감소하게 되므로 전극에 흡착되는 오염물질의 양이 함께 감소하여 TDS 제거 성능이 저하될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 의하면 TDS 제거 성능 향상될 수 있다.
또한, 스케일이 CDI 모듈(200)의 전극 표면에 흡착되면 유로의 폭이 좁아지게 되어 유량이 감소하게 된다. 그러나, 본 발명의 실시예에 의하면 유량 변화의 특성도 우수함을 알 수 있다.
이와 같이, 원수에 포함된 칼슘 이온으로 스케일은 계속 발생할 수 밖에 없는데 인산염이 칼슘과 결합하여 배출하게 되므로 스케일 생성이 억제될 수 있다.
그 효과로 TDS 제거 성능 저하가 감소하며, 이에 더하여 유량 감소가 감소하는 효과가 발생하여, 결국 CDI 모듈(200)의 수명이 개선될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 인산염 필터 110: 제1 밸브
120: 바이패스 밸브 130: 제2 밸브
140: 제3 밸브 200: CDI 모듈
210: 전극 220: 전극유닛
300: 제어부

Claims (18)

  1. 탈이온 방식의 수 처리 장치에 있어서,
    입수측에 위치하고 인산 이온이 배출되는 인산염 필터;
    전기흡착탈이온(CDI) 모듈;
    상기 인산염 필터와 상기 CDI 모듈 사이에 위치하는 제1 밸브;
    상기 입수측을 상기 인산염 필터를 우회하여 상기 CDI 모듈로 연결하는 바이패스 밸브;
    상기 CDI 모듈의 배수측에 위치하는 제2 밸브; 및
    상기 CDI 모듈의 정수 출수 측에 위치하는 제3 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 CDI 모듈은 이온을 흡착하는 흡착 운전 및 이온을 탈착하는 탈착 운전에 의하여 동작하는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 CDI 모듈의 탈착 운전 시에 상기 인산염 필터가 상기 제1 밸브를 통하여 상기 CDI 모듈에 연결되는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 CDI 모듈의 흡착 운전 시에 상기 바이패스 밸브가 개방되는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 밸브 및 상기 바이패스 밸브 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는 상기 CDI 모듈의 탈착 운전 시 상기 제2 밸브를 개방시키는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어부는 상기 CDI 모듈의 배수 시에 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 개방시키는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 CDI 모듈은 적층된 판상의 전극을 포함하는 다수의 전극 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전극은,
    집전체; 및
    상기 집전체의 적어도 일면에 위치하는 활성탄코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 인산염 필터는 CDI 모듈의 상기 전극에 스케일 형성을 방지하는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 입수측과 상기 인산염 필터 사이에 연결되는 전처리 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제3 밸브 후단에 연결되는 후처리 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  13. 탈이온 방식의 수 처리 장치에 있어서,
    입수측에 위치하고 인산 이온이 배출되는 인산염 필터;
    이온을 흡착하는 흡착 운전 및 이온을 탈착하는 탈착 운전에 의하여 동작하는 전기흡착탈이온(CDI) 모듈;
    상기 인산염 필터와 상기 CDI 모듈 사이에 위치하는 제1 밸브;
    상기 입수측을 상기 인산염 필터를 우회하여 상기 CDI 모듈로 연결하는 바이패스 밸브;
    상기 CDI 모듈의 배수측에 위치하는 제2 밸브;
    상기 CDI 모듈의 정수 출수 측에 위치하는 제3 밸브; 및
    상기 제1 내지 제3 밸브 및 상기 바이패스 밸브 중 적어도 어느 하나를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 CDI 모듈의 탈착 운전 시에 상기 인산염 필터가 상기 제1 밸브를 통하여 상기 CDI 모듈에 연결되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 CDI 모듈의 흡착 운전 시에 상기 바이패스 밸브를 개방시키는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제어부는 상기 CDI 모듈의 탈착 운전 시 상기 제2 밸브를 개방시키는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 제어부는 상기 CDI 모듈의 배수 시에 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 개방시키는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 CDI 모듈은 적층된 판상의 전극을 포함하는 다수의 전극 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 인산염 필터는 CDI 모듈의 상기 전극에 스케일 형성을 방지하는 것을 특징으로 하는 수 처리 장치.
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