Processing

Please wait...

Settings

Settings

Goto Application

1. WO2011028045 - ELECTRODE SEPARATION TYPE WATER SOFTENER

Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5   6  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

7  

과제 해결 수단

8   9   10   11  

도면의 간단한 설명

12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27  

발명의 실시를 위한 최선의 형태

28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55  

산업상 이용가능성

56  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8  

도면

1   2   3   4  

명세서

발명의 명칭 : 전극 분리식 연수기

기술분야

[1]
본 발명은 일반수에 포함된 2가 마그네슘 이온(Mg 2+), 2가 칼슘 이온(Ca 2+), 3가 철이온(Fe 3+) 등의 경수(hard water) 특성의 양이온 물질을 음이온 전극 측의 이온 교환막 내부로 흐르는 물에 흡착시키는 형태로 분리, 제거함으로써 일반수를 연수(soft water)화시키는 동시에 이온교환막의 교환 주기를 연장하여 장시간 연속 사용이 가능한 전극 분리식 연수기에 관한 것이다.

배경기술

[2]
일반적으로 지하수 등의 일반수에는 2가 마그네슘 이온(Mg 2+), 2가 칼슘 이온(Ca 2+), 3가 철이온(Fe 3+) 등의 양이온 물질을 함유하고 있는 경수이며, 이러한 경수는 침전물이나 스캐일을 발생시키기 때문에 관로의 물 흐름을 저해시킬 뿐 아니라, 비누나 세재의 작용을 저해하기 때문에 생활용수나 산업 및 공업용수로 사용하기에는 적합하지 않다.
[3]
따라서 경수를 단물화, 즉 연수화시켜서 사용해야 할 필요가 있으며, 이를 위해 이온교환수지 등을 이용한 연수장치가 사용된다.
[4]
일반적인 연수장치는, 투입구와 배출구가 구비된 챔버 내부에 음이온 특성을 가진 이온교환수지를 설치하고, 투입구를 통해 경수 특성의 일반수를 투입하면 마그네슘 이온(Mg 2+), 2가 칼슘 이온(Ca 2+), 3가 철이온(Fe 3+) 등의 양이온 물질이 이온교환수지에 흡착되어 연수화 된 물을 배출구를 통해 배출하여 연수를 수득할 수 있도록 한 것이다.
[5]
그러나 이러한 연수장치는 장시간 사용한 이온교환수지가 경도 유발 물질로 모두 치환되기 때문에 이온교환능력을 상실하므로 수처리를 위해 일정시간 혹은 일정량을 사용한 후에는 이온교환수지를 재생하거나 교환해야 하는 불편함이 있으며, 이온교환수지의 재생 혹은 교환주기가 매우 짧기 때문에 자주 재생 및 교환을 해야 하는 문제가 있다.
[6]
더욱이 이온교환수지의 재생 혹은 교환시에는 연수 공급이 중단되어 공장 가동이 중단되는 등의 문제점이 있다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[7]
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 이온교환막을 이용하여 양이온 물질을 분리, 제거함으로써 경수 특성의 일반수를 연수화시키되, 양이온 물질을 이온교환막 내부로 흐르는 비교적 소량의 물에 흡착시켜서 일반수를 거의 모두 연수로 전환시키는 동시에 이온교환막의 교환 주기를 대폭 연장하여 장시간 연속 사용 가능한 고효율의 전극 분리식 연수기를 제공하는 것이다.

과제 해결 수단

[8]
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 내부가 중공이고 일정 길이를 가지며 내측 면에 (+) 전류가 인가되도록 양극부재(11)가 구비된 챔버(10); 상기 챔버(10)의 중앙에서 챔버의 길이방향으로 형성되고 (-) 전류가 인가되는 음극부재(40); 상기 음극부재(40)와 양극부재(11) 사이에 형성된 원통형 혹은 사각통형의 이온교환막(50); 상기 이온교환막(50)의 내측 및 외측에 각각 경수를 분리 투입하는 제1투입구(21) 및 제2투입구(22); 상기 제1투입구와 제2투입구에 대응하여 투입된 경수를 챔버 외부로 배출하되, 양이온 농축수(C)를 배출하는 제1배출구(31)와 연수(S)를 배출하는 제2배출구(32)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
[9]
바람직한 해결 수단으로서, 상기 제1투입구(21) 및 제2투입구(22)는 챔버(10)의 일측에서 분리 가능한 투입플레이트(20)에 형성되고, 상기 제1배출구(31) 및 제2배출구(32)는 챔버(10)의 타측에서 분리 가능한 배출플레이트(30)에 형성될 수 있다.
[10]
또한, 상기 투입플레이트(20)와 배출플레이트(30)에 각각 디스크(60)가 설치되고, 상기 음극부재(40)와 이온교환막(50)의 양측 단부는 각각 상기 한 쌍의 디스크(60)에 고정되어 투입플레이트(20) 또는 배출플레이트(30) 분리시 이온교환막(50)을 교체 가능하게 할 수 있다.
[11]
이때 상기 이온교환막(50)은, 그 내면 및 외면에 접한 내측지지망(51) 및 외측지지망(52) 사이에 개재되는 것이 바람직하다.

도면의 간단한 설명

[12]
도 1은 본 발명에 따른 전극 분리식 연수기의 구조를 보인 단면도이다.
[13]
도 2는 도 1의 'A'부를 확대하여 보인 사시도 및 평단면도이다.
[14]
도 3은 본 발명에 따른 전극 분리식 연수기의 전류 인가에 따른 양이온 분리 작용을 보인 사용상태도이다.
[15]
도 4는 본 발명에 따른 전극 분리식 연수기가 연속 설치된 상태를 보인 연결 구성도이다.
[16]
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
[17]
10... 챔버 11... 양극부재
[18]
20... 투입플레이트
[19]
21... 제1투입구 22... 제2투입구
[20]
30... 배출플레이트
[21]
31... 제1배출구 32... 제2배출구
[22]
40... 음극부재
[23]
50... 이온교환막
[24]
51... 내측지지망 52... 외측지지망
[25]
60... 디스크
[26]
H... 경수 C... 농축수
[27]
S... 연수 V... 유량밸브

발명의 실시를 위한 최선의 형태

[28]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하며, 첨부된 도면의 구조는 본 발명의 최선의 형태를 보인 일 실시예일 뿐이므로 본 발명이 도면의 구조로 한정되는 것은 아니다.
[29]
또한, 각 도면에 표시된 부호에 대한 용어의 정의가 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안되고 본 발명의 설명을 위해 임의로 선택한 것으로 이해되어야 하며, 따라서 당업자는 동일한 목적물에 대해 다른 용어로 지칭할 수 있음은 물론이다.
[30]
도 1은 본 발명에 따른 전극 분리식 연수기의 구조를 보인 단면도이고, 도 2는 도 1의 'A'부를 확대하여 보인 사시도 및 평단면도이다.
[31]
도 1을 참조하는 바와 같이, 본 발명의 전극 분리식 연수기는 내부가 중공인 챔버(10)를 포함하며, 상기 챔버(10)는 경수가 투입된 후 내부에서 일정시간 채류할 수 있도록 일정 길이를 가지며, 재질은 PVC 등 합성수지재로 제조하여 전류가 흐르지 않도록 한다.
[32]
또한 상기 챔버(10)의 내측 면에는 구리, 티타늄 등의 전도성 물질을 코팅하거나 혹은 챔버(10)와 별도로 구성하여 (+) 전류가 인가되도록 한 양극부재(11)를 설치하는 한편, 상기 챔버(10)의 중앙에서 챔버의 길이방향으로는 봉 형태의 음극부재(40)를 설치하고, 상기 음극부재(40)에 (-) 전류가 인가되도록 전기선을 연결한다.
[33]
또한 상기 음극부재(40)와 양극부재(11) 사이에는 이온교환막(50)을 설치하며, 상기 이온교환막(50)은 이온교환수지를 막 형태로 성형한 것으로, 교환막을 전해질용액에 담가 이것을 격막으로 하여 용액에 전류를 통하면 양(+)이온교환막은 양이온을 통과시키지만 음(-)이온 통과에는 100% 가까운 저항을 나타내며, 음(-)이온 교환막을 그 반대의 현상을 나타내며, 이와 같이 이온을 선택적으로 투과시키기 때문에 선택투과막이라고도 한다.
[34]
물론 본 발명에서는 경수에서 2가 마그네슘 이온(Mg 2+), 2가 칼슘 이온(Ca 2+) 등의 양이온 물질을 제거하기 위한 것이므로 상기 이온교환막은 양이온교환막을 선택한다.
[35]
상기 챔버(10)의 일측에는 제1투입구(21)와 제2투입구(22)가 구비되고, 그 반대측에는 제2배출구(31)와 제2배출구(32)가 구비되며, 상기 제1투입구(21)와 제1배출구(31)는 상기 이온교환막(50)의 내측 공간과 연통하여 상호 대응하기 때문에 제1투입구(21)로 유입된 경수(H)는 이온교환막(50)의 내측 공간을 경유하여 제1배출구(31)로 배출된다.
[36]
또한 상기 제2투입구(22)와 제2배출구(32)는 상기 이온교환막(50)의 외측 공간과 연통하여 상호 대응하기 때문에 제2투입구(22)로 유입된 경수(H)는 이온교환막(50)의 외측 공간을 경유하여 제2배출구(32)로 배출된다.
[37]
이때 상기 제1투입구(21)와 제2투입구(22)는 상기 챔버(10)의 일측 선단에서 분리 가능한 별도의 요소인 투입플레이트(20)에 형성되는 한편, 상기 제1배출구(31)와 제2배출구(32)는 챔버(10)의 타측 선단에서 분리 가능한 별도의 요소인 배출플레이트(30)에 형성되게 하여 필요에 따라 투입플레이트(20) 또는 배출플레이트(30)를 챔버(10)에서 분리 가능하게 함으로써 챔버(10) 내부가 개방되게 하는 것이 바람직하다.
[38]
이 경우 챔버(10) 내부를 세척하거나 수리할 때 용이할 뿐 아니라, 상기 이온교환막(50) 혹은 음극부재(40)의 손상이나 수명이 다 했을 때 재생 혹은 교환이 필요한 경우에도 유리하다.
[39]
바람직한 형태로서, 도시된 바와 같이 상기 투입플레이트(20)와 배출플레이트(30)의 내측면에는 각각 일종의 원반 형태의 디스크(60)가 설치되고, 상기 음극부재(40)와 이온교환막(50)의 양측 단부는 각각 상기 한 쌍의 디스크(60)에 고정되게 할 수 있고, 이 경우 상기 투입플레이트(20) 또는 배출플레이트(30)를 챔버(10)에서 분리하는 경우 음극부재(40)와 이온교환막(50)을 동시에 챔버(10)에서 꺼낼 수 있게 되므로 교체가 용이하다.
[40]
한편, 도 2를 참조하는 바와 같이 상기 이온교환막(50)은 섬유와 같이 유연성이 있는 재료이므로, 이를 원통형으로 유지되게 하기 위해서는 이온교환막(50) 내면과 외면에 각각 원통형의 내측지지망(51)과 외측지지망(52)이 구비되는 것이 바람직하며, 상기 내측지지망(51)과 외측지지망(52)은 합성수지 혹은 스테인리스와 같이 전류가 흐르지 않는 비전도성 재료로 제조하되, 상기 각 지지망(51)(52)에 형성된 구멍 크기는 상기 이온교환막(50)에 형성된 구멍 크기보다 크거나 혹은 동일하게 하는 것이 바람직하다. 이는 상기 지지망(51)(52)에 형성된 구멍이 이온교환막(50)에 형성된 구멍보다 작은 경우 이온교환막(50)의 기능이 저하될 수 있기 때문이다.
[41]
여기서 도시된 이온교환막(50)은 이중 원통형으로 된 내/외측지지망(51)(52)에 형성되어 원통형태를 예시하였으나, 본 발명은 이러한 형태에 한정되지 않고, 상기 이온교환막(50)은 사각통 형태 또는 삼각통 형태 등 다양한 형태로 제작하여 적용할 수 있다.
[42]
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 연수기에서 일반수에 함유된 양이온이 제1투입구로 유입된 경수에 흡착되는 작용을 설명하며, 이를 통해 본 발명이 더욱 구체화될 것이다.
[43]
도 3은 본 발명에 따른 전극 분리식 연수기의 전류 인가에 따른 양이온 분리 작용을 보인 사용상태도이다.
[44]
도 3을 참조하는 바와 같이, 제1투입구(21)와 제2투입구(22)에 각각 경수(H)가 투입하는 동시에 상기 양극부재(11)에는 (+) 전류를 통전시키고 음극부재(40)에는 (-) 전류를 통전시킨다.
[45]
이와 같이 하면, 이온교환막(50)의 외측 공간으로 흐르는 경수(H)에 포함된 2가 물질, 예컨대 마그네슘 이온(Mg 2+), 2가 칼슘 이온(Ca 2+) 등은 양극부재(11)와 동일 극성이므로 척력이 작용하는 동시에 음극부재(40)와는 서로 다른 극성이므로 인력이 작용하므로, 이온교환막(50)의 내측 공간으로 이동하게 된다.
[46]
이때, 상기 이온교환막(50)은 양이온 교환막으로서 양이온은 투과시키고 음이온은 투과하지 않게 저항하는 성질을 가지기 때문에 결국 이온교환막(50)의 외측 공간으로 흐르는 물은 양이온이 제거되어 연수(S)화 되고, 이 연수(S)는 제2배출구(32)를 통해 상용화된다.
[47]
또한, 이온교환막(50)의 내측 공간으로 흐르는 물은 양이온이 증가하여 농축수(C)가 되어 제1배출구(31)를 통해 배출되어 하수 처리된다. 물론 상기 농축수(S)는 별도의 처리 공정을 거친 후에 하수 처리되거나 재사용될 수 있다.
[48]
이때 도 3을 참조하는 바와 같이 각 투입구(21)(22)로의 경수(H) 투입량을 조절하기 위해 상기 제1투입구(21)와 제2투입구(22)는 유량밸브(V)와 연결될 수 있으며, 상기 유량밸브(V)에 의한 제1투입구(21)와 제2투입구(22)의 각 경수 투입비율은 총 투입량을 100%로 하는 경우 제1투입구(21) 측으로는 5 ~ 10% 정도를 투입하고 제2투입구(22) 측으로는 90 ~ 95% 정도를 투입하는 것이 바람직하다.
[49]
물론, 경수 투입비율은 유량밸브(V)를 설치하지 않고 조절할 수 있는데, 예컨대 상기 제1투입구(21)와 제2투입구(22)의 직경을 서로 다르게 설계함으로써 경수(H)의 투입량을 조절할 수 있다.
[50]
[51]
이와 같이 제1투입구(21) 측으로 투입되는 경수(H) 양을 적게 조절하는 경우 농축수(C)로 전환되어 버리는 물을 최소화할 수 있고, 반대로 투입되는 경수 거의 전부(90 ~ 95%)를 연수화할 수 있게 되므로 경수 투입량에 대한 연수화 효율을 증가시킬 수 있게 된다.
[52]
도 4는 본 발명에 따른 전극 분리식 연수기가 연속 설치된 상태를 보인 연결 구성도로서, 양이온이 거의 전부 제거된 순수한 연수를 제공하기 위한 구조를 보인 것이다.
[53]
도 4를 참조하는 바와 같이, 챔버(10)는 동일한 구성의 제2챔버(10a), 제3챔버(10b) 및 제4챔버(10c)들과 함께 설치될 수 있고, 각 챔버의 제1배출구는 이웃한 챔버의 제1투입구와 연결되고, 각 챔버의 제2배출구는 이웃한 챔버의 제2투입구와 연결되어 복수 개의 챔버가 직렬적으로 연결된다.
[54]
즉, 챔버(10)의 제1배출구(31)는 이웃한 제2챔버(10a)의 제1투입구(21)와 연결되고, 챔버(10)의 제2배출구(32)는 이웃한 제2챔버(10a)의 제2투입구(22)와 연결되는 형태로 연결되어 직렬 연결되며, 이 경우 경수(H)가 여러 개의 연수기 챔버를 순차적으로 통과하므로 연수화 효율이 극대화될 수 있다.
[55]
이상의 설명은 본 발명의 바람직한 일 실시 형태를 보인 도면의 구조로 설명된 것이나, 본 발명은 예시된 구조에 한하지 않음은 물론이고, 그 구성요소의 재질 역시 예시된 재료 외에도 동일한 기능과 목적을 달성하는 것이라면 다양한 재료에서 선택될 수 있으며, 이에 따라 당업자는 상기 설명된 내용을 참조하여 그것과 동일 내지 균등한 수단으로의 변경이나 치환이 가능하며, 그러한 변경 내지 치환은 본 발명의 보호범위 내에 있는 것임을 이해해야 한다.

산업상 이용가능성

[56]
본 발명에 따르면, 연수기 내부에 설치된 (-)전극봉 주변에 이온교환막을 설치하고, 이온교환막 내측과 외측에 각각 일반수를 적정량 분리 투입하되, 내측으로는 5~10%를 투입하는 한편 외측으로는 90~95%를 투입하여 일반수에 함유한 양이온 물질을 소량의 물에 흡착시키켜서 배출하는 구조이므로, 일반수의 손실이 거의 없이 연수화가 가능하여 연수화 효율이 좋을 뿐 아니라, 이온교환막의 교환 주기를 대폭 연장하여 장시간 연속 사용이 가능한 이점이 있다.

청구범위

[청구항 1]
내부가 중공이고 일정 길이를 가지며 내측 면에 (+) 전류가 인가되도록 양극부재(11)가 구비된 챔버(10); 상기 챔버(10)의 중앙에서 챔버의 길이방향으로 형성되고 (-) 전류가 인가되는 음극부재(40); 상기 음극부재(40)와 양극부재(11) 사이에 형성된 이온교환막(50); 상기 이온교환막(50)의 내측과 외측에 각각 경수를 분리 투입하는 제1투입구(21)와 제2투입구(22); 및 상기 제1투입구와 제2투입구에 대응하여 투입된 경수를 챔버 외부로 배출하되, 양이온 농축수(C)를 배출하는 제1배출구(31)와 연수(S)를 배출하는 제2배출구(32)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 분리식 연수기.
[청구항 2]
제 1항에 있어서, 상기 제1투입구(21)와 제2투입구(22)는 챔버(10)의 일측에서 분리 가능한 투입플레이트(20)에 형성되고, 상기 제1배출구(31)와 제2배출구(32)는 챔버(10)의 타측에서 분리 가능한 배출플레이트(30)에 형성된 것을 특징으로 하는 전극 분리식 연수기.
[청구항 3]
제 2항에 있어서, 상기 투입플레이트(20)와 배출플레이트(30)의 내측에 각각 디스크(60)가 설치되고, 상기 음극부재(40)와 이온교환막(50)의 양측 단부는 각각 상기 한 쌍의 디스크(60)에 고정되어 투입플레이트(20) 또는 배출플레이트(30)를 챔버(10)에서 분리시 이온교환막(50)을 교체 가능하게 된 것을 특징으로 하는 전극 분리식 연수기.
[청구항 4]
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온교환막(50)의 내면과 외면에 각각 이온교환막(50)을 지지하기 위한 망 형태의 내측지지망(51)과 외측지지망(52)이 형성된 것을 특징으로 하는 전극 분리식 연수기.
[청구항 5]
제 4항에 있어서, 상기 내측지지망(51)과 외측지지망(52)의 망 구멍 크기는 상기 이온교환막(50)의 구멍 크기와 동일하거나 큰 것을 특징으로 하는 전극 분리식 연수기.
[청구항 6]
제 1항에 있어서, 상기 제1투입구(21)와 제2투입구(22)로 투입되는 경수(H)의 양을 조절하기 위해 유량밸브(V)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 전극 분리식 연수기.
[청구항 7]
제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 유량밸브(V)의 경수 투입비율은 총 투입량에 대하여 제1투입구(21) 측이 5~10%이고 제2투입구(22) 측이 90~95%인 것을 특징으로 하는 전극 분리식 연수기.
[청구항 8]
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(10)는 복수 개가 연설되되, 각 챔버의 제1배출구는 이웃한 챔버의 제1투입구와 연결되고, 각 챔버의 제2배출구는 이웃한 챔버의 제2투입구와 연결된 것을 특징으로 하는 전극 분리식 연수기.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]