KR20090081274A - 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기 - Google Patents

Abstract

이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기가 개시된다. 개시된 발명은 수돗물이 유입되어 내부에서 저류된 후 배출되는 본체, 본체의 내부에 제공된 양극판, 양극판과 유격되어 본체의 내부에 제공된 음극판, 양극판과 음극판 사이에 배치되어 음극판 측으로 음이온의 이동을 차단하고 양이온의 통과를 허용하는 양이온 교환막, 양이온 교환막의 일 측에 배치되어 물을 수소이온과 수산화이온으로 분해하는 바이폴라 막 및 양이온 교환막과 바이폴라 막 사이에 배치되는 이온교환수지를 포함함으로써 수돗물의 경도성분 제거효율이 향상되는 이점을 얻을 수 있다.

본체, 양극판, 음극판, 양이온 교환막, 바이폴라 막

Description

이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기{Soft water device having Ion exchange membrane Electrodeionzation}

본 발명은 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수돗물의 경수성분을 제거하는 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기에 관한 것이다.

일반적으로, 수돗물에는 정수처리에서 사용되는 다량의 염소성분이 포함되어 있으며, 수도관의 부식 및 환경오염에 의해 인체에 해로운 철, 아연, 납, 수은 등 각종 중금속이 이온 상태로 존재한다.

이와 같은 수돗물은 인체에 치명적이지는 않지만 피부를 세척할 때 그대로 사용되며, 수돗물 속에 포함된 금속이온과 비누의 지방산이 결합하여 금속성 이물질을 만들게 된다. 그리고, 금속성 이물질은 피부에 접촉하여 알레르기와 같은 각종 피부질환을 일으키거나 피부의 노화를 촉진시킨다.

따라서, 경수(hard water)인 수돗물을 Na+형 강산성 양이온교환수지에 통과 시켜 경수성분인 Ca2+와 Mg2+을 수지 중의 Na+와 교환시켜, 단물인 연수(soft water)로 만들 수 있는 연수기가 개발되어 사용되고 있다.

이러한 연수기의 연수탱크 내에는 미세한 알갱이(ball) 형상의 이온교환수지가 대량으로 저장되어 있고, 이온교환수지는 연수탱크 내로 통과하는 수돗물과 접촉하여 경수성분을 제거한다.

이때, 이온교환수지와 수돗물의 계속적인 접촉에 의해 이온교환수지의 Na 성분은 상당부분 감소하며, 이온교환수지는 NaCl 성분으로 이루어진 소금물이 연수탱크 내로 투입된 후 소금물의 Na 성분을 흡착함으로써 재생된다.

이와 같이, 종래의 연수기는 Na 성분이 포함된 이온교환수지에 의해 수돗물의 경수성분을 제거하였으므로 때때로 소금물에 의해 이온교환수지를 재생시켜야 하는 불편함이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연수기의 이온교환수지에 대한 재생과정이 불필요하며, 수돗물의 경도 제거율이 향상된 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기의 구성은 수돗물이 유입되어 내부에서 저류된 후 배출되는 본체와, 상기 본체의 내부에 제공된 양극판과, 상기 양극판과 유격되어 상기 본체의 내부에 제공된 음극판과, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 배치되어 상기 음극판 측으로 음이온의 이동을 차단하고 양이온의 통과를 허용하는 양이온 교환막과, 상기 양이온 교환막의 일 측에 배치되어 물을 수소이온과 수산화이온으로 분해하는 바이폴라 막 및 상기 양이온 교환막과 상기 바이폴라 막 사이에 배치되는 이온교환수지를 포함한다.

그리고, 상기 양이온 교환막 및 상기 바이폴라 막은 두 개 이상 교대로 설치되고, 상기 본체에 유입된 물은 상기 양극판에서 상기 음극판으로 유동하며 상기 양이온 교환막과 상기 바이폴라 막 사이를 유동한다.

또한, 상기 본체의 상면부에는 수돗물의 유입구가 형성되고, 상기 유입구로부터 수돗물이 하방으로 유동 가능한 제1 유로가 상기 본체의 양극판과 상기 양이온 교환막에 의해 형성되고, 상기 양이온 교환막과 상기 바이폴라 막 사이에는 상 기 제1 유로에 연결되고 수돗물이 상방으로 유동 가능한 제2 유로가 형성된다.

그리고, 상기 제2 유로의 하류에는 하나의 양이온 교환막과 바이폴라 막이 더 배치되고, 상기 제2 유로와 연결되어 수돗물이 하방으로 유동 가능한 제3 유로 및 상기 제3 유로와 연결되어 수돗물이 상방으로 유동 가능한 제4 유로가 형성되고, 상기 제4 유로와 연결되어 수돗물이 하방으로 유동 가능한 제5 유로가 상기 음극판의 내측에 형성되며, 상기 제5 유로에 연결되는 수돗물의 유출구가 상기 본체의 하부에 형성된다.

한편, 본 발명에 따른 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기에 의한 연수제조방법의 구성은 본체의 유입구로 수돗물이 유입되는 단계와, 상기 본체의 내부로 유입된 수돗물이 양극판과 양이온 교환막 사이를 통과하여 음이온이 양극판으로 이동되고, 양이온은 음극판에 의해 양이온 교환막을 통과하는 단계와, 상기 양극판과 양이온 교환막 사이를 통과한 수돗물이 상기 양이온 교환막과 바이폴라 막 사이로 유동하여 양이온 교환막과 바이폴라 막 사이에 있는 이온교환수지를 통과하고, 일부는 바이폴라 막에 의해 수소이온과 수산화이온으로 분해되는 단계와, 상기 양이온 교환막과 바이폴라 막 사이를 통과한 수돗물이 상기 바이폴라 막과 다른 양이온 교환막 사이로 유동하여 상기 바이폴라 막과 다른 양이온 교환막 사이에 있는 이온교환수지를 통과하는 단계 및 상기 바이폴라 막과 다른 양이온 교환막 사이를 유동한 수돗물이 다른 양이온 교환막과 다른 바이폴라 막 사이를 통과하여 재차 수소이온과 수산화이온으로 분해되는 단계를 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기는 연수기 및 제조방법에 의하면 이온교환수지에 대한 재생과정이 불필요하며, 수돗물의 경도 제거율이 향상된 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 하기 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

실시예

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환 막 전기탈염장치를 구비한 연수기는 수돗물이 유입구(110)로 유입되어 내부에서 저류된 후 배출되는 본체(100), 본체(100)의 내부 좌면부에 고정된 양극판(120), 양극판(120)과 대면하게 유격되어 본체(100)의 내부 우면부에 제공된 음극판(122), 양극판(120)과 음극판(122) 사이에 배치되어 음극판(122) 측으로 음이온의 이동을 차단하고 양이온의 통과를 허용하는 양이온 교환막(130) 및 양이온 교환막(130)에 대해 나란하게 배치되어 물을 수소이온과 수산화이온으로 분해하는 바이폴라 막(132)을 포함하며, 양이온 교환막(130)과 바이폴라 막(132) 사이에는 수돗물의 경도성분을 제거하는 이온교환수지(131)가 구비된다.

여기서, 본체(100)에는 수돗물이 유입되는 유입구(110)가 좌측 상부에 형성되고, 경도성분이 제거되어 연수화된 수돗물이 배출되는 유입구(110)가 우측 하부에 형성된다.

본체(100)의 유입구(110)로 유입된 수돗물에 포함된 음이온은 양극판(120) 측에 모여들게 되며, 양이온은 양이온 교환막(130)을 통과하여 양이온 교환막(130)과 바이폴라 막(132) 사이로 이동한다.

이때, 수돗물은 바이폴라 막(132)을 경계로 양극판(120)과 음극판(122)에 의해 수산화이온과 수소이온으로 분리될 수 있으며, 수산화이온은 음극이어서 양극판(120) 측으로 이동하여 양이온 교환막(130)과 바이폴라 막(132) 사이에 구속되며, 수소이온은 양극이어서 음극판(122) 측으로 이동한다.

여기서, 양이온 교환막(130)과 바이폴라 막(132) 사이를 통과하는 수돗물의 경도성분인 칼슘이온(Ca2+)은 양이온 교환막(130)과 바이폴라 막(132) 사이에 있는 이온교환수지(131)의 나트륨이온(Na+)과 치환되어 이온교환수지(131)에 흡착된다.

이때, 양이온 교환막(130) 및 바이폴라 막(132)은 수돗물에 대한 경도성분의 제거효율이 보다 높아지도록 두 개씩 교대로 설치될 수 있으며, 본체(100)의 유입구(110)로 유입된 물은 양극판(120)에서 음극판(122)으로 유동하게 되는데, 모든 양이온 교환막(130)과 바이폴라 막(132) 사이에 형성된 공간을 따라 차례로 유동한 후 유출구(115)로 배출된다.

상세하게는, 본체(100)의 상면부에는 수돗물의 유입구(110)가 형성되고, 유입구(110)로부터 수돗물이 하방으로 유동 가능한 제1 유로(141)가 본체(100)의 양극판(120)과 양이온 교환막(130)에 의해 형성되고, 양이온 교환막(130)과 바이폴라 막(132) 사이에는 제1 유로(141)에 연결되고 수돗물이 상방으로 유동 가능한 제2 유로(142)가 형성된다.

그리고, 제2 유로(142)의 하류에는 다른 양이온 교환막(135)과 다른 바이폴라 막(136)이 교대로 더 배치되어 제2 유로(142)와 연결되고 수돗물이 하방으로 유동 가능한 제3 유로(143)가 바이폴라 막(132)과 다른 양이온 교환막(135) 사이에 형성되고, 제3 유로(143)와 연결되어 수돗물이 상방으로 유동 가능한 제4 유로(144)가 다른 양이온 교환막(135)과 다른 바이폴라 막(136) 사이에 형성된다.

또한, 제4 유로(144)와 연결되어 수돗물이 하방으로 유동 가능한 제5 유로(145)가 다른 바이폴라 막(136)과 음극판(122) 사이에 형성되며, 제5 유로(145)에 연결되는 수돗물의 유출구(115)가 본체(100)의 우측 하부에 형성된다.

이때, 제2 유로(142)에는 상기와 같이 이온교환수지(131)가 배치되며, 제3 유로(143) 및 제4 유로(144)에도 이온교환수지(131)가 배치된다. 수돗물의 칼슘이온(Ca2+)과 경도성분은 제2 유로(142)의 이온교환수지(131)에서 흡착되고, 제2 유로(142)를 통과한 수돗물은 제3 유로(143)를 통과하여 제4 유로(144)로 유입된다.

여기서, 제3 유로(143)에 있는 이온교환수지(131)의 나트륨이온(Na+)은 음극판(122)에 의해 다른 양이온 교환막(135)을 통과하여 제4 유로(144)로 유입되며, 나트륨이온(Na+)은 바이폴라 막(132)에 의해 생성된 수소이온(H+)과 치환되며, 염소이온(Cl-)은 수소이온(H+)과 전기적으로 중립적인 상태를 이루게 되어 제3 유로(143)에 머물게 된다.

그리고, 수돗물은 제4 유로(144)를 통과하여 반복적으로 이온교환수지(131)를 통과하게 됨으로써 칼슘이온(Ca2+)과 같은 경도성분이 보다 많이 제거된 후, 제5 유로(145)를 통과하여 본체(100)의 유출구(115)로 배출된다.

또한, 나트륨이온(Na+)과 수소이온(H+)이온은 음극판(122)에 전기적인 인력에 의해 구속되어 유출구(115)를 통해 배출되지 않고 제5 유로(145)에 머물게 된다.

한편, 본 발명에 따른 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기에 의한 연수제조방법은 본체(100)의 유입구(110)로 수돗물이 유입되는 단계와, 상기 본체(100)의 내부로 유입된 수돗물의 염소이온(Cl-)과 같은 음이온이 양극판(120) 측의 인력에 의해 양극판(120)에 구속되고, 수돗물의 경도성분인 칼슘이온(Ca2+)과 같은 양이온이 양이온 교환막(130)을 통과하여 양이온 교환막(130)과 바이폴라 막(132) 사이로 이동하여 이온교환수지(131)에 흡착되는 단계와, 염소이온(Cl-)과 같은 상기 음이온이 분리된 수돗물이 바이폴라 막(132) 측으로 유동하여 수소이온(H+)과 수산화이온(OH-)으로 분해되는 단계와, 상기 수소이온과 수산화이온으로 분해된 수돗물이 상기 바이폴라 막(132)과 다른 양이온 교환막(135) 사이를 유동하는 상태에서 칼슘이온(Ca2+)과 같은 양이온이 다른 양이온 교환막(135)을 통과하여 음극판(122) 측으로 이동하는 단계 및 상기 바이폴라 막(132)과 다른 양이온 교환막(135) 사이를 유동한 수돗물이 다른 양이온 교환막(135)과 다른 바이폴라 막(136) 사이에 있는 통과하여 재차 수소이온과 수산화이온으로 분해되고, 이온교환수지(131)에 의해 칼슘이온(Ca2+)과 같은 양이온이 제거되는 단계를 포함한다.

이후, 다른 양이온 교환막(135)과 다른 바이폴라 막(136) 사이를 통과한 수돗물은 경도성분이 제거된 채 유출구(115)를 통해 본체(100)의 외부로 배출되어 사용자에게 공급된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기를 단면도이다.

도 2는 도 1의 연수 작용도이다.

도 3은 도 2의 연수작용에 의한 연수기의 경도 제거율을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

100: 본체 110: 유입구

115: 유출구 120: 양극판

122: 음극판 130: 양이온 교환막

131: 이온교환수지 132: 바이폴라 막

141: 제1 유로 142: 제2 유로

143: 제3 유로 144: 제4 유로

145: 제5 유로

Claims (5)

1. 수돗물이 유입되어 내부에서 저류된 후 배출되는 본체;

   상기 본체의 내부에 제공된 양극판;

   상기 양극판과 유격되어 상기 본체의 내부에 제공된 음극판;

   상기 양극판과 상기 음극판 사이에 배치되어 상기 음극판 측으로 음이온의 이동을 차단하고 양이온의 통과를 허용하는 양이온 교환막;

   상기 양이온 교환막의 일 측에 배치되어 물을 수소이온과 수산화이온으로 분해하는 바이폴라 막; 및

   상기 양이온 교환막과 상기 바이폴라 막 사이에 배치되는 이온교환수지를 포함하는 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 양이온 교환막 및 상기 바이폴라 막은 두 개 이상 교대로 설치되고, 상기 본체에 유입된 물은 상기 양극판에서 상기 음극판으로 유동하며 상기 양이온 교환막과 상기 바이폴라 막 사이를 유동하는 것을 특징으로 하는 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 본체의 상면부에는 수돗물의 유입구가 형성되고, 상기 유입구로부터 수돗물이 하방으로 유동 가능한 제1 유로가 상기 본체의 양극판과 상기 양이온 교환막에 의해 형성되고, 상기 양이온 교환막과 상기 바이폴라 막 사이에는 상기 제1 유로에 연결되고 수돗물이 상방으로 유동 가능한 제2 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제2 유로의 하류에는 하나의 양이온 교환막과 바이폴라 막이 더 배치되고, 상기 제2 유로와 연결되어 수돗물이 하방으로 유동 가능한 제3 유로 및 상기 제3 유로와 연결되어 수돗물이 상방으로 유동 가능한 제4 유로가 형성되고, 상기 제4 유로와 연결되어 수돗물이 하방으로 유동 가능한 제5 유로가 상기 음극판의 내측에 형성되며, 상기 제5 유로에 연결되는 수돗물의 유출구가 상기 본체의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기.
5. 본체의 유입구로 수돗물이 유입되는 단계;

   상기 본체의 내부로 유입된 수돗물이 양극판과 양이온 교환막 사이를 통과하여 음이온이 양극판으로 이동되고, 양이온은 음극판에 의해 양이온 교환막을 통과 하는 단계;

   상기 양극판과 양이온 교환막 사이를 통과한 수돗물이 상기 양이온 교환막과 바이폴라 막 사이로 유동하여 양이온 교환막과 바이폴라 막 사이에 있는 이온교환수지를 통과하고, 일부는 바이폴라 막에 의해 수소이온과 수산화이온으로 분해되는 단계;

   상기 양이온 교환막과 바이폴라 막 사이를 통과한 수돗물이 상기 바이폴라 막과 다른 양이온 교환막 사이로 유동하여 상기 바이폴라 막과 다른 양이온 교환막 사이에 있는 이온교환수지를 통과하는 단계; 및

   상기 바이폴라 막과 다른 양이온 교환막 사이를 유동한 수돗물이 다른 양이온 교환막과 다른 바이폴라 막 사이를 통과하여 재차 수소이온과 수산화이온으로 분해되는 단계를 포함하는 이온교환막 전기탈염장치를 구비한 연수기에 의한 연수제조방법.

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