KR20170135843A - 수처리 시스템용 저장과 전달 및 그 사용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리 및 전달 장치에서 물 회수율을 증가시키는 한편 효과적으로 물을 절약할 수 있는 장치에 관한 것으로, 자세하게는 연수용으로 사용되는 수처리 장치, 보다 자세하게는 축전식 탈이온 기술을 사용하는 수처리 장치에 관한 것이다. 저장된 산출 수는 추가적인 펌프의 설치를 필요로 함이 없이 전달되며, 저장된 산출 수는 저장 탱크 내의 물이 드레인으로 보내지지 않고 재생되도록 하는 데 사용된다.

Description

수처리 시스템용 저장과 전달 및 그 사용 방법

본 발명은 유체의 정수에 사용되는 축전식 탈이온(capacitive deionization) 수처리장치용 저장 및 전달 장치에 관한 것으로, 특히 부가적인 펌프를 필요로 하지 않음과 아울러 눈에 띌만한 정도의 물 손실이 없이 정수를 저장 및 공급할 수 있는 장치에 관한 것이다.

연수기는 여러 수 개질 또는 수 처리 방법 중의 어느 하나를 사용하여 경수로부터 주로 칼슘이나 망간 등의 불필요한 미네랄을 제거한다("높은 미네랄 함량"을 바로 잡는다). 정수는 역삼투(RO: reverse osmosis), 이온교환, 또는 전기투석 (electrodialysis) 등과 같은 다양한 기술을 통해서 수행된다.

"경도(hardness)"(녹아있는 칼슘 및 망간)를 제거하는 연수기의 주된 공정은 이온교환을 통해서 이루어진다. 통상적인 가정용 연수 기기들에서는 "경도 이온" - 주로 Ca^{2 +} 및 Mg^{2 +} - 이 나트륨 이온으로 교환되는 이온교환수지에 의존한다. 이온교환 장치는 칼슘 및 망간( Ca^{2 +} 및 Mg^{2 +} )을 나트륨이나 칼륨 이온( Na⁺ 및 K⁺)로 대체함으로써 상기 경도를 감소시키게 된다. 이온교환 수지는 1가 양이온(Na⁺)에 비해 2가 양이온(Ca⁺⁺)에 대해 훨씬 강력한 결합을 이루는 음이온 작용기를 포함하는 유기 폴리머이다. 제올라이트로 불리는 무기 물질도 이온교환 성능을 발휘한다. 이와 같은 미네랄은 예를 들면 세탁용 세제에 광범위하게 사용된다. 수지(resin)는 또한 탄산염, 중탄산염 및 황산염 이온을 제거하는데 유용한바, 이들 이온들은 상기 수지로 흡수됨과 아울러 수지로부터 수산화물 이온이 방출된다.

유입되는 경수는 나트륨으로 과포화된 고용량 이온교환수지 비드를 포함하는 탱크를 통과하게 된다. 물 속의 칼슘 및 망간 이온은 수지에 부착되어 물 속으로 방출되는 나트륨을 대체하게 된다. 이후, 연화된 물은 각 가정으로 전달되어 사용된다.

시간이 경과에 따라, 상기 이온교환수지 비드는 칼슘과 망간 이온으로 포화되기에 이른다. 그리고 나서, 상기 수지는 사용된 수지의 종류에 따른 염화나트륨이나 수산화나트륨의 용액을 이용하여 Ca^{2 +} 및 Mg^{2 +} 이온을 용출시킴에 의해 재충전이 이루어져야만 한다. 음이온 수지인 경우의 재생에서는 주로 수산화나트륨 (lye)이나 수산화칼륨 용액이 사용된다. 상기 이온교환 칼럼으로부터 용출되어 나온 불필요한 칼슘 및 망간 염을 포함하는 물이나 역세수는 대개 폐수처리 시스템으로 배출되어 진다. 나트륨 이온은 수지 비드 상에서 그들의 위치를 되찾게 되고, 칼슘 및 망간 이온들은 역세수 내로 방출되어 진다. 탱크의 재충전이 이루어지는 시간과 폐수의 양은 물의 경도, 사용된 물의 양, 연수기의 크기 및 칼슘과 망간을 제거하기 위한 수지의 용량을 포함한 여러 요인에 좌우된다.

축전식 탈이온(CDI: capacitive deionization) 기술은 수처리 수행을 위한 그리고 설비를 유지시키기 위한 전력에 전적으로 의존하는바, 이는 화학적이면서 오염이 없는 환경적으로 유리한 접근 방식이다. 축전식 탈이온(CDI) 방법은 그 공정 중에 염을 사용하지 않음으로써 물의 오염제거(water decontamination)에 있어서 친환경 선택으로 자리하고 있다.

CDI는 염수(salty water)로부터 이온을 전기화학적으로 제거해 낸다. 염수 프로세스 스트림은 통상적으로 약 1.2 - 1.5V의 전위차로 유지된 두 전극 사이에서 흐른다. 용액 중의 이온은 반대극으로 끌려간다. 이온들은 전극 상에 전기적으로 흡수되어 프로세스 스트림으로부터 제거됨과 아울러 탈이온 싸이클은 상기 전극들이 이온들로 포화될 때까지 계속된다. 그 후로, 재생 싸이클 동안에 두 전극은 방전되거나 전극 극성의 역전이 이루어지게 된다. 이에 따라 이온들은 상기 프로세스 스트림에 비해 훨씬 높은 염 농도를 갖는 폐수 스트림으로 방출된다. 이와 같은 방법은 이온교환수지 비드를 이용하는 통상적인 연수기에 비해 훨씬 빠른 싸이클을 지님과 아울러 비용면에서도 경제적이다.

축전식 탈이온에서, 음전하를 갖는 이온(음이온)은 물로부터 제거되어 양극 에 저장된다. 이와 마찬가지로, 양전하를 갖는 이온(양이온)은 음극에 저장된다. CDI가 현재에 이르기까지 경쟁력 있는 기술로 인정되고 있는 시장에서의 주된 장점은 광범위한 이온 오염물질을 높은 회수율로 제거할 수 있는 능력에 있다. CDI는 황산염, 질산염, 철, 비소 및 불소는 물론 나트륨, 칼슘 및 망간 염 등과 같은 거의 모든 이온 오염물질을 제거할 수 있다.

CDI의 작동은 양극과 음극으로 이루어진 유체 통과형 축전지(flow-through capacitor)에 대한 일련의 충전과 방전을 포함한다. 축전지의 충전에서, 유체통과형 캐패시터의 전극들 사이에서 정적 전기장이 생성되어 전극들 사이에서 흐르는 물로부터 이온들을 순조롭게 흡수하게 된다.

일반적으로, 축전식 탈이온(CDI) 여과 시스템은 유체 내에 용해되어 있는 염 (salts) 등의 바람직하지 않은 오염물질의 농축을 유체로부터 제거하는데 사용되고 있다. 상기 CDI 시스템은 산업적, 상업적 분야는 물론 각 가정에서 다양하게 적용될 수 있도록 구성되는바, 그러한 적용분야의 예로는 해수 담수화, 특히 경수의 연화, 및 염(염화물이나 황산염 등), 질산염, 아질산염, 암모니아, 중금속, 유기물, 및/또는 미량오염물질 전반 등과 같은 여러 바잚직하지 않은 물질들을 물로부터 제거하는 것을 들 수 있다. 그 외의 다른 적용분야로는 산업 공정에서의 유체 탈이온화 또는 폐기가 용이하지 않거나 재사용을 위한 재생이 유리한 오염 물질의 농축을 들 수 있다.

예를 들면, 형광-탈지(phosphor-degreasing), 폴리싱, 양극 산화, 크로마타이징(chromatizing) 등과 같은 금속 표면처리를 비롯한 많은 산업 공정에서는 다양한 생산 공정에서 인산, 황산, 불산, 질산, 크롬산 등의 산 용액 또는 탈지 생성물이나 인산염과 같은 알칼리 용액과 함께 물이 사용되는 것이 예견된다. 산업 공정 중에 발생된 폐수의 정화는 환경적, 경제적 및 법적인 면을 포함한 전체 생산 싸이클에서 중요한 하나의 측면을 차지하고 있다.

CDI 여과 시스템은, 용액 중에서 물의 경도 및 석회석 생성의 주요인으로 작용하는 칼슘 및 망간 이온 등과 같이 전기장하에서 존재하기 쉬운 이온화된 입자로부터 물을 정화하는데 적합하다. 스트림의 처리를 위하여 물이 전극 사이를 흐름에 따라 전극 간에 전압 포텐셜이 설정된다. 이와 같은 전압 포텐셜에 의해 물 속의 성분들이 이끌리게 되어 적어도 일시적으로 어느 한 전극에 들러붙어 있게 되고, 그 동안에 상당히 정화된 물이 상기 캐패시터를 빠져나갈 수 있게 된다.

자체적으로 지니고 있는 고유의 장점들에도 불구하고, CDI 기술의 제한된 플랜트 효율 및 처리량 때문에 산업 프로세스로까지 개발되지는 못하였다. 적용 적합성에 영향을 미치는 요인들 중 하나는 낮은 물 회수율(예를 들면, 염수 담수화에 사용되는 여타의 프로세스와 관련하여)로서, 이때 상기 물 회수율은 유입수의 전체 양에 대하여 얻어진 처리 수 량의 비율로 정의된다.

플랜트/프로세스의 주어진 처리량이나 경수 연화 프로세스에서, 물 회수율 및 처리수 단위 체적당 전력 소비는 플랜트/프로세스의 효용성을 판단하는데 중요한 지표가 된다. 펌핑을 비롯한 물의 전,후 처리 비용이 지표수의 비용을 상승시키도록 더해져서 상기 회수율이 최대의 우선 사항(priority)으로 된다.

상기 종래 기술의 문제점과 단점을 감안하여, 본 발명은 물 회수율을 증가시키는 한편, 물 처리 및 전달 시스템에서 효과적으로 물을 절약할 수 있도록 한 장치를 제공하는데 발명의 목적을 두고 있다.

본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자들에게 자명할 상기 목적과 그 외의 목적들은: 유체 구동원; 상기 구동원으로부터 유체를 받아들여 처리된 또는 여과된 산출 유체(product fluid)를 생산하는 유체처리 장치; 상기 구동원으로부터의 유체 흐름이 상기 유체처리 장치로 향하도록 하는 밸브 및 관 네트워크; 내부 용적 (internal volume)을 가지며 상기 유체처리 장치의 하류에 구비된 압력 저장탱크; 상기 유체처리 장치와 유체연통하는 제1 유체 포트; 상기 유체처리 장치와 유체연통하여 팽창성 백 또는 블래더(bladder, 주머니) 외부로서 상기 내부 용적 안의 유체로부터 산출 유체를 분리시키며 상기 제1 유체 포트와 연결됨과 아울러 상기 내부 용적 내에 위치하는 팽창성 백 또는 블래더; 및 상기 블래더 외부로서 상기 내부 용적 내의 상기 유체와 유체 연통하는 제2 유체 포트로 이루어지며, 이때 상기 밸브 및 관 네트워크는 저장탱크의 제2 유체 포트와 전달 포트 및 유체처리 장치를 연결시켜서 상기 블래더가 상기 유체처리 장치로부터 산출 유체를 받아들이는 때에 블래더가 팽창하여 블래더 외부의 내부 용적 내에 위치하는 유체가 제2 유체 포트를 빠져나가서 처리를 위해 유체처리 장치로 복귀하게 되어, 상기 블래더가 비어있지 않는 한 상기 블래더 외부의 내부 용적 내에 위치하는 유체는 요구에 따라(on demand) 상기 밸브 관 네트워크를 통해서 전달 포트로 향하도록 구성된 증가된 회수율을 갖는 유체처리 장치에 의해서 달성된다.

상기 유체처리 장치는 축전식 탈이온 여과 유닛을 포함한다. 상기 유체처리 장치는 또한 유체처리 장치로부터의 산출 유체를 수용하기 위한 재순환 펌프와, 저장 탱크와 유체연통하는 유입 포트 및 전달 포트를 포함한다.

유량측정 지시기가 구비되어 블래더가 산출 유체로 가득 채워진 때를 지시하게 된다. 상기 블래더가 비어 있을 때를 지시하기 위하여 압력 스위치 또는 변환기 (transducer)가 사용된다. 상기 장치는 블래더가 비었을 때 제2 유체 포트로부터 전달 포트로 유체를 공급하기 위한 자동 밸브를 더 포함한다.

본 발명의 제2 기술적 특징은, 급수부(supply water input); 프리필터 (pre-filter); 상기 급수부와 유체연통하며 출수부와 연결된 바이패스 밸브; 상기 프리필터와 연결되며 유량계 및/또는 압력 변환기와 유체 연통되는 압력저감 밸브; 프리필터와 유체 연통하며, 펌프와 유체연통하는 출수부를 구비함과 아울러 상기 프리필터로부터 물을 받아들여 처리되거나 여과된 산출 수(product water)를 생산하는 적어도 하나의 축전식 탈이온 셀; 저장탱크 및 출수부와 유체연통된 펌프; 적어도 하나의 축전식 탈이온 셀의 하류에 구비되며 내부 용적을 갖는 저장탱크; 적어도 하나의 축전식 탈이온 셀과 유체 연통하는 제1 유체 포트; 상기 내부 용적 안에 위치함과 아울러 상기 제1 유체 포트와 연결되는 한편 적어도 하나의 축전식 탈이온 셀과 유체연통하여 블래더 외부의 내부 용적 내의 유체로부터 산출 유체를 분리시키는 팽창성 백 또는 블래더; 및 블래더 외부의 내부 용적 내의 유체와 유체 연통함과 아울러 상기 바이패스 밸브와 유체연통하는 제2 유체 포트로 구성되며, 이때 상기 블래더가 산출 유체를 받아들일 때 블래더가 팽창하여 블래더 외부의 내부 용적 내 유체가 제2 유체 포트를 빠져나가도록 하여 적어도 하나의 축전식 탈이온 셀로 복귀되어 처리되도록 하며, 상기 블래더가 비어있지 않는 한 블래더 외부의 내부 용적 내 유체는 요구에 따라 출수부로 향하게 되는 수처리 장치에 있다.

이와 같은 제2 실시예에서, 상기 장치는 상기 출수부 및 저장 탱크의 제1 포트와 유체연통되는 압력 스위치를 포함하는바, 이때 상기 압력 스위치는 상기 출수부의 수요를 모니터링하고, 블래더의 비어있는 정도를 지시하는 압력 강하를 센싱하여 타이머 릴레이로 신호를 송신해서 상기 바이패스 밸브를 활성화시킴과 아울러 시간 조정을 행하여 급수부로부터 물의 공급이 이루어지도록 하게 된다.

상기 프리필터와 유체연통되고, 펌프와 유체 연통되는 펌프를 갖는 제2 축전식 탈이온 셀이 결합될 수 있는바, 상기 제2 축전식 탈이온 셀은 프리필터로부터 물을 받아들이는 한편 처리되거나 여과된 산출 수를 생산하게 된다.

상기 장치는 상기 프리필터 및 제1 축전식 탈이온 셀과 유체연통하는 제1 밸브와, 상기 프리필터 및 제2 축전식 탈이온 셀과 유체연통하는 제2 밸브를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 상기 제1 및 제2 밸브는 다른 한쪽 셀이 재생 모드에 있는 동안에 물이 제1 셀이나 제2 셀로 흐를 수 있도록 변환시키게 된다.

드레인 밸브와 드레인은 상기 셀들이 재생 모드 중에 있을 때에 제1 및 제2 셀로부터의 재생 유체를 배출하는 역할을 하게 된다.

본 발명의 제3 기술적 특징은: 공급수를 장치 내로 공급하는 단계; 공급수를 프리필터링하는 단계; 처리된 산출 수를 얻기 위하여 밸브 네트워크를 통해서 상기 물이 축전식 탈이온 수처리 장치로 향하도록 하는 단계; 펌프를 통해서 상기 산출 수가 저장 탱크로 향하도록 하는 단계; 저장 탱크의 내부 용적 내에 위치하며 상기 축전식 탈이온 수처리 장치와 유체 연통하는 팽창성 블래더에 상기 산출 수를 저장하여 산출 수가 블래더 외부의 저장 탱크의 내부 용적 내의 물과 분리되도록 하는 단계; 블래더의 팽창에 의해 블래더 외부의 저장 탱크의 내부 용적 내의 물이 상기 프리필터 및 축전식 탈이온 수처리 장치로 향하도록 배수시키는 단계; 및 요구에 따라 상기 산출 수를 블래더로부터 출수부로 공급하는 단계로 이루어진 수처리 장치용 물 저장 및 전달 방법에 있다.

상기 방법에서는 한쪽 축전식 탈이온 셀이 산출 수를 생산하도록 동작하는 동안에 다른 쪽 셀이 재생하는 것을 돕기 위하여 제2 축전식 탈이온 셀을 채용하게 된다.

재생 유체는 드레인을 향하게 된다.

상기 방법에서는 블래더 내의 산출 수가 비게 되는 때를 모니터링하는 단계와 장기간의 주문에 부합하기 위하여 산출 수와 공급수의 혼합을 공급하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 기술적 특징들은 신규한 것으로 여겨지고, 발명의 특징적 구성요소들은 특히 후술되는 특허청구의 범위에서 설정되고 있다. 도면들은 단지 예시적인 것으로서 정확한 축척을 따르고 있지는 않다. 한편, 본 발명의 구조와 방법은 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
도1은 산출 수를 수용하고 저장 탱크 내의 물을 배출하기 위한 압력저장 탱크 내에 블래더나 멤브레인이 구비된 수처리 전달 시스템 내의 유체 흐름 개략도.
도2는 본 발명의 듀얼 셀 물 전달 장치의 개략도.

본 발명의 바람직한 실시예를 기술함에 있어서, 도1 및 도2에서 본 발명의 유사한 특징들에 대해서는 유사한 도면부호가 사용될 것이다.

본 발명은 수 처리 및 전달 장치에서 물 회수율을 증가시키는 한편 물을 효과적으로 절감하는 장치에 관한 것으로, 자세하게는 물 연화용으로 사용되는 수처리 장치, 보다 자세하게는 CDI 기술을 채용하는 수처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 추가적인 펌프의 설치를 필요로 하지 않거나 심각한 물 손실이 없이 저장된 물을 전달할 수 있는 능력을 발휘한다. 이와 유사한 종래 장치에서는 통상적으로 장치의 백플러쉬(backflush)를 위해서 그리고 수처리의 지속을 위해서 드레인으로 전달되는 양과 동일한 양의 물을 필요로 하게 된다.

산출 수는 가압 수원(pressurized water source)과 연결됨과 아울러 처리수 수원 (source of treated water)과도 연결된 블래더나 멤브레인 백을 포함하는 고압 저장탱크를 이용하여 전달 장치 내로 도입되어 진다. 상기 장치에서 가압 수원으로부터의 물은 블래더/멤브레인 백에 의해 산출 수로부터 격리된다. 저장된 산출 수는 수원 압력(source water pressure)으로 유지되며 추가적인 구동수(drive water)의 이동에 의해 요구에 따라 전달되어 진다. 일단 물의 전달이 완료되면, 새롭게 생산된 산출 수가 탱크에 더해져서 상기 구동수가 저장탱크로부터 빠져나가는 이동을 하게 된다. 이와 같이 이동된 구동수는 추가적인 산출 수의 생산을 위해 재생되어 진다. 종래 기술과는 달리, 처리 수에 의해 이동된 구동수는 드레인으로 보내지지 않고, 오히려 더 많은 처리 수의 생산을 위해서 회복되어 진다. 상기의 물 이동 및 회수 방법은 물 처리장치의 산출 속도가 처리 수 요구속도보다도 늦거나 처리수 요구가 불연속적일 때 특히 경제적이다.

도1은 처리 수를 받아들이기 위한 압력 저장탱크(24) 내에 블래더나 멤브레인(18)이 구비된 장치(10) 내부의 개략적인 유체 흐름도이다. 처리될 유체는 급수관(12)을 통해서 처리장치(14)로 유입된다. 바람직한 실시예에서 처리장치(14)는 축전식 탈이온 수처리 장치인바, 본 발명에서 CDI 기술만으로 한정되지는 않으며, 상기 압력 저장용기나 저장탱크(24) 내의 블래더/멤브레인(18)은 본 발명의 방법론이나 효용성을 고려함이 없이 여타의 수처리 기술로도 사용될 수 있다.

일실시예에서, 처리 수는 처리장치(14)로부터 재순환 펌프(16)로 유입되어 유입/유출구(20)를 거쳐 블래더/멤프레인 백(18) 내부로 향하거나 요구에 따라 서비스 유출구(22)로 향하게 된다. 블래더/멤브레인 백(18)이 처리 수로 채워짐에 따라, 압력 저장용기(24) 내부이자 블래더/멤브레인 백(18) 외부의 물은 블래더/멤브레인(18)의 팽창에 의해서 밀려나서 압력저장용기(24)의 유입/유출구(16)을 통해서 흘러나가도록 하는 힘이 가해지게 됨에 따라 도관(30)을 통해서 처리장치(14)로 복귀하게 된다. 한편, 압력 스위치나 압력 변환기(28)가 지시하는 바와 같이 블래더/멤브레인 백(18)이 비게 되면, 압력 저장용기(24) 내의 물은 요구에 의해 자동 밸브(32)를 경유하여 서비스 유출구(22)로 향하게 된다.

유량측정 센서나 유량 변환기(34) 또는 다른 지시기(압력 센서 등) 등과 같은 센서에 의해 지시되는 바와 같이 블래더/멤브레인 백(18)이 일단 가득 채워진 상태로 되면, 재순환 펌프(16)와 처리장치(14)는 대기모드에 놓이게 된다. 물 제공을 요구하는 주문이 있게 되면[서비스 유출구(22)에서 낮은 압력으로 표시되는] 물은 급수관(12)으로부터 도관(30)을 거쳐 압력저장용기(24)로 유입된다. 이번에는 블래더/멤브레인 백(18) 안의 처리 수가 이동하게 되는바, 처리 수에는 유입/유출 포트(20)을 통해서 서비스 유출구(22)로 유입되도록 하는 힘이 가해지게 된다. 이와 같은 구조에서, 어떠한 물도 폐수로 되거나 폐기되지 않는다. 압력 저장용기 (24)로부터 이동된 물은 처리를 위해 처리장치로 재순환되어 진다.

도2는 본 발명의 물 전달 장치(40)의 일실시예에 대한 좀 더 자세한 개략 구조도이다. 공급수(42)는 장치(40)의 분기 라인(44a, 44b)로 유입된다. 분기 라인 (44a)로 유입된 공급수는 카본 필터(48) 및/또는 침전 필터(50)로 이루어지는 프리필터 어레이(46)로 공급되는바, 이때 상기 프리필터 어레이에서는 여타의 프리필터 구조가 사용될 수 있는 것으로 본 발명에서는 어느 특정한 프리필터 어레이로 국한되지는 않는다. 공급수(42)는 프리필터 어레이(46)의 앞쪽에서 물 공급 장치(40)로 유입되는 것으로 도시되고 있으나, 물 공급 장치의 재순환 특성을 감안하는 경우, 상기 공급수는 프리필터 어레이의 뒤쪽에서도 유입될 수도 있을 것이다.

분기 라인(44b) 내의 공급수(42)는 저장탱크(52)를 가압하게 된다. 분기 라인(44b) 내의 공급수는 분기 또는 바이패스 밸브(54)로 공급되어 이후에 보다 자세하게 설명되는 바의 저장탱크가 고갈되는 경우에 출수부(56)로 물을 제공하게 된다.

분기 라인(44a)를 통해 전달된 공급수는 카본 필터(48), 침전 필터(50), 및 압력저감 밸브(58)로 유입되는 것으로 도시되고 있다. 물 흐름은 인라인 유량계 (60) 및 압력 변환기(PT)(62)에 의해서 모니터링된다. 압력 변환기(62)는 프리필터 (46)가 침전물이나 다른 어떠한 이유에 의해 막힌 경우에 이를 표시하게 된다. 이 지점에서 물은 적어도 하나의 셀 유입 밸브로 향하게 된다. 도시된 실시예에서는 두 개의 처리 셀(셀1 및 셀2)로 공급하기 위한 두 개의 셀 유입 밸브(64, 66)가 도시되고 있다. 셀 유입 밸브(64)는 셀1으로 물을 공급하고, 셀 유입 밸브(66)은 셀2로 물을 공급한다. 이들 셀은 다른 수처리 장치가 사용될 수 있기는 하나, CDI 수처리 장치로 구성하는 것이 바람직한바, 본 발명은 CDI 기술만으로 한정되지는 않는다. 도시된 바와 같이 셀1과 셀2의 두 개의 셀이 사용되는 경우, 이들은 교대로 작동하도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 교대 동작 방식이 본 발명을 구현함에 있어서 필수적인 것은 아니나, 본 발명의 바람직한 실시예에서 교대방식으로 작동하는 두 개의 셀은 수처리에 효과적이다. 적은 수의 밸브를 사용함과 아울러 장치의 복잡화를 피하기 위해서 셀들은 동시에 작동할 수도 있다. 유입 밸브(64)로 향한 물 흐름은 셀1에서 탈이온이 이루어지게 된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 탈이온을 위한 셀1의 용량(capacity)이 거의 고갈될 때까지 상기 전극들에 전압 포텐셜을 인가함으로써 수행된다. 탈이온 산출 수는 계속해서, 바람직하기로는 흐름을 조절하는 한편 미리 정해진 시간 동안에 정량 모드의 흐름이 이루어질 수 있도록 하는 유량 제한기(flow restrict)를 구비한 밸브(68)를 통과하게 된다.

상기 탈이온 산출 수 흐름은 펌프(70)의 유입측 또는 흡입측을 가압하는 한편 펌핑되어 산출 유량계(72)를 거쳐 저장 탱크(52) 내의 블래더/멤브레인 백(80)으로 유입되거나 주문에 따라 출수부(56)로 향하게 된다.

블래더/멤브레인 백(80)으로 유입된 산출 수는 백(80) 바깥쪽의 저장 탱크(52) 내에 채워져 있는 물을 이동시키게 되는데, 이는 펌프(70)가 공급수의 압력을 초과하는 압력을 생성함에 기인한다. 이동된 물은 저장 탱크(52)를 빠져나와 도관(44b)을 따라 프리필터(46){카본 필터(48)와 침전 필터(50)를 포함하는}로 유입된 후, 압력저감밸브(58), 유량계(60), 압력 변환기(62)를 거쳐 셀 유입 밸브 (64)로 유입된다. 이와 같은 방식으로, 산출 수 전달을 위해 저장 탱크(52)를 가압하기 위하여 사용된 물은 처리장치로 되돌아가서 재활용되지며, 버려지지 않는다.

요구 상황에 따라, 산출 수가 저장 탱크(52)로 유입되지 않는 때에는, 상술한 바와 같이 공급수가 상기 장치로 유입된다.

셀1이 용량에 도달하게 되면, 밸브(64)와 밸브(74)가 닫힘과 아울러 밸브 (66)가 열려서 물의 방향을 바꿔서 셀2로 향하게 된다. 셀2를 거친 물은 정상적인 동작조건하에서 밸브(76)을 통과해서 펌프(70)의 흡입측에 도달하게 된다. 이 지점에서의 동작은 앞서 설명된 바의 셀1로부터 펌프를 거친 산출 수의 흐름과 동일하다.

셀2가 탈이온을 제공하는 동안에, 셀1은 재생이 이루어지게 된다. 밸브(64)는 닫혀진 상태로 있으며, 셀1의 전극들은 쇼트되어 셀1 내의 캐패시터를 방전시키게 된다. 이와 같은 재생 공정은 셀1을 통과하는 물의 흐름이 없는 가운데 수행된다.

셀1이 거의 방전되면, 물이 밸브(64)를 통해서 셀1로 흐르도록 하여 축적된 이온들을 세척하고서 밸브(74)를 거쳐 드레인(82)으로 향하도록 한다. 셀이 공급수에서 발견된 이온을 초과하는 이온이 없는 때에, 밸브(64) 및 밸브(74)를 통한 흐름은 유지한 가운데 축적된 카운터 이온들을 제거하기 위하여 탈이온 포텐셜의 반대 극성 전하의 전기적 포텐셜이 인가된다.

카운터 이온의 제거가 마무리되면, 셀1이 재생된 것으로 간주된다. 밸브(64, 74)를 통해서 계속해서 셀1으로부터 드레인(82)으로 물을 흘려보내 세척하는 동안에 셀1에 탈이온 포텐셜이 인가되고, 셀의 거의 모든 개개의 셀 공극 체적(void volume)을 통해서 어떠한 잔류 염도 상기 재생 공정 중에 셀1로부터 드레인(82)으로 빠져나갈 수 있음으로 해서 세척이 이루어진다. 밸브(66, 76)가 잠기고 셀1에서와 마찬가지로 셀2에 대한 재생이 수행된다.

셀1에 대한 재생이 완료돠면, 밸브(64) 및 밸브(68)이 다시 개방되어 사용을 위한 공급(supply for use)이나 저장을 위해 셀1은 탈이온수를 펌프(70)의 흡입측으로 전달하게 된다.

장치로부터 산출 수의 요구가 있게 되면, 산출 수는 저장탱크 블래더의 산출측으로부터 그 블래더가 비워질 때까지 상기 요구를 만족시키도록 유출된다. 만일 상기 요구가 물처리 공급 시스템(CDI 시스템)의 유량을 초과하게 되면, 산출 전달 라인에서의 압력이 떨어지게 된다. 이와 같은 압력의 손실에 따라 산출 전달라인 (86) 상의 압력스위치(84)가 활성화되어서 타이머 릴레이(88)로 신호를 보내게 된다. 타이머 릴레이(88)는 바이패스 밸브(54)를 활성화시켜서 산출 수와 공급수가 혼합된 물이 흐르도록 하여 상기 요구를 충족시키게 된다. 일단 바이패스 밸브(54)가 개방되면, 압력 스위치(84)를 정지시킬 정도로 상기 공급라인의 가압이 이루어지게 된다. 타이머 릴레이(88)는 시스템의 진동(socillating)을 방지하는 한편 빈 저장탱크로부터 물의 전달이 시도되는 것을 방지한다.

CDI 처리 및 공급 시스템에서의 처리된 물의 본 발명에 따른 저장 및 공급 방법은, 장치 내로 공급수를 공급하는 단계; 상기 공급수를 선택적으로 프리필터링하는 단계; 상기 공급수가 밸브 네트워크를 경유하여 축전식 탈이온수 처리장치로 향하도록 하는 단계; 펌프를 통해서 현재 처리된 물이나 산출 수를 저장탱크로 향하도록 하는 단계; 상기 산출 수를 상기 저장탱크 내의 팽창성 블래더에 저장하는 단계; 상기 산출 수를 요구에 따라 상기 블래더로부터 공급하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 블래더 팽창의 결과로 저장탱크 내의 물이 동작 중에 있는 프리필터를 거쳐 축전식 탈이온 필터 셀로 향하도록 하는 단계를 더 포함한다.

이상에서와 같이, 상기 동작 방법은 한쪽의 축전식 탈이온 셀이 재생 중에 있을 때 다른 쪽의 셀이 산출 수를 생산하도록 하는 듀얼 셀 구조를 포함한다. 밸브 네트워크를 통해서 재생 유체가 배출되도록 함과 아울러 공급수 라인으로부터 떨어지게도 할 수 있다. 블래더 내의 산출 수가 비워진 때를 모니터링하기 위하여 압력 스위치가 사용되며, 타이머와 함께 사용되어 산출 수와 공급수가 혼합된 물이 전달되도록 함으로써 어떠한 장기적인 요구도 충족되어 진다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 특정 실시예와 관련하여 설명되었는바, 상기 설명을 바탕으로 통상의 기술자에 의해 다양한 변경, 수정 및 변화가 있을 수 있음은 자명하다 할 것이다. 따라서 후술되는 특허청구의 범위는 그러한 변경, 수정 및 변화를 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 포괄하게 될 것이다.

Claims (19)

1. 유체 구동원;
   상기 구동원으로부터 유체를 받아들여 처리되거나 여과된 산출 유체를 생산하는 유체처리 장치;
   상기 구동원으로부터의 유체 흐름이 상기 유체처리 장치로 향하도록 하는 제1 밸브 및 관 네트워크;
   내부 용적을 가지며 상기 유체처리 장치의 하류에 구비된 압력저장 탱크;
   상기 유체처리 장치와 유체 연통하는 제1 유체 포트;
   상기 유체처리 장치와 유체연통하여 팽창성 백이나 블래더 외부로서 상기 내부 용적 안의 유체로부터 산출 유체를 분리시키며 상기 제1 유체 포트와 연결됨과 아울러 상기 내부 용적 내에 위치하는 팽창성 백 또는 블래더; 및
   상기 블래더 외부로서 상기 내부 용적 내의 상기 유체와 유체연통하는 제2 유체 포트;
   상기 저장탱크의 상기 제2 유체 포트를 전달 포트 및 상기 유체처리 장치와 연결시키는 제2 밸브 및 관 네트워크;
   로 이루어지며, 상기 블래더가 상기 유체처리 장치로부터 산출 유체를 받아들이는 때에 블래더가 팽창하여 블래더 외부의 내부 용적 내에 위치하는 유체가 제2 유체 포트를 빠져나가서 유체처리 장치로 복귀하여 처리되도록 하여, 상기 블래더가 비어있지 않는 한 상기 블래더 외부의 내부 용적 내에 위치하는 상기 유체는 요구에 따라 상기 제2 밸브 및 관 네트워크를 통해서 전달 포트로 향하도록 구성됨을 특징으로 하는 증가된 유체 회수율을 갖는 유체처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유체처리 장치는 축전식 탈이온 여과장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 증가된 유체 회수율을 갖는 유체처리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 유체처리 장치로부터 산출 유체를 수용하는 한편 상기 저장탱크의 제1 유체 포트 및 상기 전달 포트와 유체연통하는 재순환 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 증가된 유체 회수율을 갖는 유체처리 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 팽창성 백 또는 블래더가 산출 유체로 채워졌을 때를 지시하기 위한 유량측정 지시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 증가된 유체 회수율을 갖는 유체처리 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 팽창성 백 또는 블래더가 비었을 때를 지시하기 위한 압력 스위치 또는 변환기를 포함하는 것을 증가된 유체 회수율을 갖는 유체처리 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 팽창성 백 또는 블래더가 비었을 때 상기 제2 유체 포트로부터 유체를 상기 전달 포트로 공급하기 위한 자동 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 증가된 유체 회수율을 갖는 유체처리 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 유체처리 장치는 여과 및 재생 싸이클을 동시에 또는 교대로 수행하는 복수의 축전식 탈이온 여과장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 증가된 유체 회수율을 갖는 유체처리 장치.
8. 급수부;
   프리필터;
   상기 급수부와 유체 연통하며 출수부와 연결된 바이패스 밸브;
   상기 프리필터와 연결되는 압력저감 밸브;
   프리필터와 유체연통하며, 펌프와 유체연통하는 출수부를 구비함과 아울러 상기 프리필터로부터 물을 받아들여 처리되거나 여과된 산출 수를 생산하는 적어도 하나의 축전식 탈이온 셀;
   저장 탱크 및 출수부와 유체연통된 상기 펌프;
   적어도 하나의 축전식 탈이온 셀의 하류에 구비되며 내부 용적을 갖는 상기 저장 탱크;
   적어도 하나의 축전식 탈이온 셀과 유체 연통하는 제1 유체 포트;
   상기 내부 용적 안에 위치함과 아울러 상기 제1 유체 포트와 연결되는 한편 적어도 하나의 축전식 탈이온 셀과 유체연통하여 블래더 외부의 내부 용적 내의 유체로부터 산출 유체를 분리시키는 팽창성 백 또는 블래더; 및
   블래더 외부의 내부 용적 내의 유체와 유체연통함과 아울러 상기 바이패스 밸브와 유체연통하는 제2 유체 포트로 구성되며, 이때 상기 블래더가 산출 유체를 받아들일 때 블래더가 팽창하여 블래더 외부의 내부 용적 내 유체가 제2 유체 포트를 빠져나가 적어도 하나의 축전식 탈이온 셀로 복귀되어 처리되도록 하여, 상기 블래더가 비어있지 않는 한 블래더 외부의 내부 용적 내 상기 유체는 요구에 따라 출수부로 향하도록 구성됨을 특징으로 하는 수처리 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 압력저감 밸브는 유량계 및/또는 압력 변환기와 유체연통하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 출수부 및 상기 저장탱크의 제1 포트와 유체연통하며 상기 출수부의 요구를 모니터링함과 아울러 상기 블래더가 비었음을 지시하는 압력강하를 감지하여 상기 바이패스 밸브의 활성화시킴과 동시에 시간을 조절하여 상기 급수부로부터 물이 전달되도록 타이머 릴레이로 신호를 보내는 압력 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
11. 제8항에 있어서, 상기 프리필터와 유체연통하며, 상기 펌프와 유체연통하는 출수부를 구비하고, 상기 프리필터로부터 물을 받아들여 처리되거나 여과된 산출 수를 생산해내는 제2 축전식 탈이온 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 프리필터 및 상기 적어도 하나의 축전식 탈이온 셀과 유체연통하는 제1 밸브와, 상기 프리필터 및 상기 제2 축전식 탈이온 셀과 유체연통하는 제2 밸브를 포함하여 구성되며, 이때 상기 제1 및 제2 밸브는 물이 교대로 적어도 하나의 축전식 탈이온 셀이나 상기 제2 축전식 탈이온 셀로 흐르도록 하여 다른 쪽 셀이 재생모드에 진입하도록 구성됨을 특징으로 하는 수처리 장치.
13. 제12항에 있어서, 어느 한쪽의 셀이 재생모드에 있을 때, 상기 적어도 하나의 축전식 탈이온 셀이나 상기 제2 축전식 탈이온 셀로부터의 재생 유체를 제거하기 위한 드레인 밸브 및 드레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
14. 공급수를 장치 내로 공급하는 단계;
    처리된 산출 수를 얻기 위하여 밸브 네트워크를 통해서 상기 물이 축전식 탈이온 수처리 장치로 향하도록 하는 단계;
    상기 산출 수가 저장 탱크로 향하도록 하는 단계;
    저장 탱크의 내부 용적 내에 위치하며 상기 축전식 탈이온 수처리 장치와 유체연통하는 팽창성 블래더에 상기 산출 수를 저장하여 산출 수가 블래더 외부의 저장 탱크의 내부 용적 내의 물과 분리되도록 하는 단계;
    블래더의 팽창에 의해 블래더 외부의 저장 탱크의 내부 용적 내의 물이 상기 프리필터 및 축전식 탈이온 수처리 장치로 향하도록 이동시켜서 블래더 외부의 저장 탱크 내의 물이 다시 상기 프리필터 및 상기 축전식 탈이온 수처리 장치로 향하도록 하는 단계; 및
    요구에 따라 상기 산출 수를 블래더로부터 출수부로 전달하는 단계;
    로 이루어짐을 특징으로 하는 수처리 장치용 물 저장 및 전달 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 장치로 유입되는 상기 공급수를 프리필터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치용 물 저장 및 전달 방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 산출 수는 펌프를 통해서 저장탱크로 향하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치용 물 저장 및 전달 방법.
17. 제14항에 있어서, 한쪽 셀이 산출 수를 생산하는 동안에 다른 쪽 축전식 탈이온 셀의 재생이 이루어지도록 제2 축전식 탈이온 셀이 사용되는 것을 특징으로 하는 수처리 장치용 물 저장 및 전달 방법.
18. 제14항에 있어서, 재생 유체가 드레인을 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치용 물 저장 및 전달 방법.
19. 제14항에 있어서, 블래더 내에 산출 수가 비워진 때를 모니터링하는 단계와, 장시간의 요구에 부합하기 위해 산출 수와 공급수가 혼합된 물을 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 저장 및 전달 방법.
    
    

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