KR102916703B1

KR102916703B1 - 정수장치

Info

Publication number: KR102916703B1
Application number: KR1020200084192A
Authority: KR
Inventors: 문형민; 김철호; 문현석; 홍영훈; 박시준; 신현수; 박찬정
Original assignee: 코웨이 주식회사
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2026-01-23
Anticipated expiration: 2040-07-08

Abstract

본 발명은 역삼투 방식으로 원수를 여과하는 역삼투압필터(110)로서, 내장된 역삼투막(111)을 기준으로, 여과측(112a) 및 비여과측(112b)으로 구획되는, 역삼투압필터(110); 상기 역삼투압필터(110)의 전단측과 연결된 원수라인(130)에 구비되되, 원수를 상기 비여과측(112b)으로 유동시키는, 펌프부(120); 상기 역삼투압필터(110)의 여과측(112a)과 연결되어 여과된 정수가 추출되는 정수배출라인(140); 상기 정수배출라인(140)에 구비되어 상기 정수배출라인(140)을 개폐하는 정수배출밸브(142); TDS 센서(152)가 구비되며, 전단은 상기 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b)과 연결되며, 후단은 상기 원수라인(120) 중 상기 펌프부(120) 전단측과 연결되는 순환라인(150); 상기 순환라인(150)으로부터 분기되어 생활용수를 외부로 배출하는 생활용수배출라인(160); 상기 생활용수배출라인(160)에 구비되어 상기 생활용수배출라인(160)을 개폐하는 생활용수배출밸브(162); 및 상기 펌프부(120), 정수배출밸브(142) 및 생활용수배출밸브(162)의 동작을 제어하는 제어부(170); 를 포함하고, 상기 제어부(170)는, 상기 순환라인(150)을 유동하는 생활용수의 TDS 값이 임계값에 도달하는 경우, 상기 정수배출밸브(142)를 폐쇄함으로써, 정수추출 가능상태에서 정수추출 불가능상태로 전환시키고, 상기 정수추출 불가능상태에서, 상기 생활용수배출밸브(162)를 개방함으로써, 생활용수를 상기 생활용수배출라인(160)으로 유동시키는, 정수장치를 제공한다.

Description

정수장치{Water Purifier Apparatus}

본 발명은 정수장치로서, 보다 상세하게는, 직수형 역삼투 방식에 적용되며, 역삼투압필터로부터 배출되는 생활용수를 재순환시키도록 구성되고, 유로의 TDS 값을 이용하여 정수추출을 차단시키는 정수장치에 관한 기술이다.

일반적으로, 정수장치는 원수 공급원으로부터 공급되는 원수를 필터링하여 사용자가 음용하기 위한 식수로 사용하거나, 기타 용도에 사용하기 위한 것으로서, 소위 '정수장치'라고 불리기도 한다.

정수장치의 필터링 수단으로서, 역삼투(Reverse Osmosis, RO) 멤브레인 모듈을 사용하는 경우, 역삼투 멤브레인 모듈로 공급되는 원수 중 일부는 멤브레인에 의해 필터링되어 정수가 되고, 나머지는 용존 불순물이 포함된 농축수가 된다. 농축수는 정수장치에 구비된 생활용수배출라인을 통해 외부로 배출될 수 있다. 역삼투 멤브레인 모듈에 소정의 여과 압력 이상으로 물을 공급하기 위해서, 역삼투 멤브레인 모듈 전단측에는 펌프가 구비될 수 있다.

역삼투 멤브레인 모듈은 멤브레인(역삼투막)을 중심으로 비여과측에는 TDS(Total Dissolved Solids; 총용존 고형물) 농도가 높고, 반대쪽인 여과측에는 TDS 값이가 낮은 물, 즉 여과된 물(정수)이 존재하게 되는 바, TDS 값은는 이러한 역삼투 멤브레인 모듈을 사용하는 정수장치에서 매우 중요한 요소이다.

역삼투 방식의 종래기술로는, 본 출원인에 의한 KR 10-2018-0058602A가 개시된다. 본 종래기술은 역삼투 방식 정수장치의 기본적인 구성을 개시할 뿐만 아니라, 정수 TDS 값 대비 원수 TDS 값의 비율에 기초하여 생활용수 배출을 제어하는 구성을 개시한다. 구조적으로는, 정수유로와 연결된 플러싱 탱크가 구비됨으로써, 버려지는 물을 줄일 수 있는 효과는 달성된다.

그러나, 상기 종래기술은, 플러싱 탱크가 정수를 저장하고, 저장된 정수를 다시 필터부로 제공하여 필터부의 플러싱을 위해 사용되는 구성만을 개시할 뿐, 저수압 지역에서 정수용량을 증대시키기 위한 구성을 개시하지는 못한다. 또한, 정수용량이 충분히 확보되지 않는 저수압 지역에서는, 정수추출량 자체가 부족함에도 불구하고, 플러싱을 목적으로 정수를 다시 플러싱 탱크로 저장하도록 구성하는 것은 무리이다. 다시 말해, 상기 종래기술은 저수압 지역에서 사용하기에 다소 부적합한 구성이다.

한편, 종래기술 중 일본 특허로는 JP 2013-049030A인 정수공급장치가 개시된다. 상기 종래기술은 TDS 값에 기초한 역삼투압 정수공급장치로써, 농축수 순환유로가 재순환되는 구성을 개시한다. 주요목적은 사용자에게 TDS 값을 알려주기 위함이며, TDS 값을 통해 정수나 생활용수 배출을 구체적으로 제어하는 구성을 개시하지는 않으며, 농축수 순환유로의 기능과 이들의 제어에 대해서는 별도의 기재가 없다. 더욱이, 저수압 지역에서의 사용을 위한 구성을 구비하지도 않는다.

따라서, 직수형 역삼투 방식의 정수장치의 가장 큰 제약인 저수압 지역에서의 정수추출 문제를 해결함과 동시에, TDS 값에 기초하여 역삼투압필터의 사용수명 연장을 고려한 정수장치의 필요성이 대두되는 실정이다.

(특허문헌 1) KR 10-2018-0058602A

(특허문헌 2) KR 10-2017-0079110A

(특허문헌 3) JP 2013-049030A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.

첫째, 본 발명은 직수형 역삼투 방식의 정수장치의 가장 큰 제약인 저수압 지역에서의 사용과 관련하여, 정수장치의 설치지역이 저수압 지역이라고 하더라도 안정적인 정수추출유량을 확보할 수 있는 정수장치를 제안하고자 한다.

둘째, 본 발명은 역삼투압필터 중 막계면에서의 농도를 낮춤으로써, 역삼투압필터의 성능을 안정적으로 유지시킬 수 있는 정수장치를 제안하고자 한다.

셋째, 본 발명은 생활용수차단시, 생활용수가 점유하는 농축수공간의 체적을 확장시킴으로써, 더 많은 정수용량을 확보할 수 있는 정수장치를 제안하고자 한다.

넷째, 본 발명은 다수의 TDS 센서를 구비함없이, 생활용수가 배출되는 유로 측에만 TDS 센서를 구비함으로써, 원수, 생활용수, 정수 각각의 TDS 값을를 연산할 수 있고, 이를 기반으로 정수 및 생활용수 배출을 제어할 수 있는 정수장치를 제안하고자 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 역삼투 방식으로 원수를 여과하는 역삼투압필터(110)로서, 내장된 역삼투막(111)을 기준으로, 여과측(112a) 및 비여과측(112b)으로 구획되는, 역삼투압필터(110); 상기 역삼투압필터(110)의 전단측과 연결된 원수라인(130)에 구비되되, 원수를 상기 비여과측(112b)으로 유동시키는, 펌프부(120); 상기 역삼투압필터(110)의 여과측(112a)과 연결되어 여과된 정수가 추출되는 정수배출라인(140); 상기 정수배출라인(140)에 구비되어 상기 정수배출라인(140)을 개폐하는 정수배출밸브(142); TDS 센서(152)가 구비되며, 전단은 상기 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b)과 연결되며, 후단은 상기 원수라인(120) 중 상기 펌프부(120) 전단측과 연결되는 순환라인(150); 상기 순환라인(150)으로부터 분기되어 생활용수를 외부로 배출하는 생활용수배출라인(160); 상기 생활용수배출라인(160)에 구비되어 상기 생활용수배출라인(160)을 개폐하는 생활용수배출밸브(162); 및 상기 펌프부(120), 정수배출밸브(142) 및 생활용수배출밸브(162)의 동작을 제어하는 제어부(170); 를 포함하고, 상기 제어부(170)는, 상기 순환라인(150)을 유동하는 생활용수의 TDS 값이 임계값에 도달하는 경우, 상기 정수배출밸브(142)를 폐쇄함으로써, 정수추출 가능상태에서 정수추출 불가능상태로 전환시키고, 상기 정수추출 불가능상태에서, 상기 생활용수배출밸브(162)를 개방함으로써, 생활용수를 상기 생활용수배출라인(160)으로 유동시키는, 정수장치를 제공한다.

또한, 상기 제어부(170)는, 상기 정수추출 가능상태에서, 상기 생활용수배출밸브(162)를 폐쇄시킴으로써, 상기 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b)로부터 유출되는 생활용수가 상기 순환라인(150)을 거쳐 상기 역삼투압필터(110)로 재순환되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부(170)는, 제N 정수추출 불가능상태에서, 상기 생활용수배출밸브(162)를 제어함으로써, 상기 원수라인(120)으로부터 공급되는 원수를 이용하여 상기 역삼투압필터(110)를 플러싱시키며, 상기 TDS 센서(152)는, 상기 생활용수배출밸브(162) 전단측에 구비되어 상기 원수의 TDS 값을 센싱하고, 상기 원수의 TDS 값을 제N+1 정수추출 가능상태의 원수 TDS 값으로 설정시킬 수 있다.

또한, 상기 TDS 센서(152)는, 상기 제N+1 정수추출 가능상태에서, 실시간으로 상기 순환라인(150)을 유동하는 생활용수 TDS 값을 센싱할 수 있다.

또한, 상기 제어부(170)는, 상기 제N+1 정수추출 가능상태에서, 상기 임계값은, 상기 원수 TDS 값 대비 상기 생활용수 TDS 값의 비율이 기설정된 값에 도달하는 것을 의미할 수 있다.

또한, 상기 제어부(170)는, 상기 제N+1 정수추출 가능상태시, 상기 생활용수 TDS 값을 기반으로, 상기 정수라인(140)으로 추출되는 정수 TDS 값을 실시간으로 연산하며, 상기 원수 TDS 값 및 상기 정수 TDS 값을 이용하여 TDS 제거율을 연산하되, 상기 임계값은, 상기 TDS 제거율이 기설정된 값에 도달하는 것을 의미할 수 있다.

또한, 상기 순환라인(150)에는, 상기 순환라인(150)을 유동하는 생활용수가 저장되는 생활용수탱크(154)가 더 구비되며, 상기 생활용수탱크(154)는, 상기 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b) 및 상기 펌프부(120) 전단측 사이에 위치될 수 있다.

또한, 상기 순환라인(150)에는, 생활용수의 순환 방향을 기준으로, 상기 생활용수탱크(154)의 전단측에 구비되는 저항밸브(156)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 원수라인(120) 중 상기 펌프부(120) 전단측에 구비되는 전처리필터(122); 및 상기 정수라인(140)에 구비되는 후처리필터(142); 를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부(170)는, 상기 정수배출밸브(142)가 개방되는 정수사용모드가 종료되면, 상기 생활용수배출밸브(162)가 개방되는 생활용수배출모드로 전환시킬 수 있다.

또한, 상기 제어부(170)는, 상기 정수사용모드시 추출되는 정수추출량 및 상기 생활용수배출모드시 배출되는 생활용수배출량의 비율을 1:1로 제어할 수 있다.

또한, 상기 원수라인(130) 중 상기 펌프부(120) 전단측에는 압력센서(131)가 구비되며, 상기 제어부(170)는, 상기 압력센서(131)에 의해 센싱되는 원수의 압력이 기설정된 값 이하일 경우, 상기 펌프부(120)의 출력을 제어할 수 있다.

본 발명은 아래와 같은 효과를 발휘한다.

첫째, 본 발명은 직수형 역삼투 방식의 정수장치의 가장 큰 제약인 저수압 지역에서의 사용과 관련하여, 정수장치의 설치지역이 저수압 지역이라고 하더라도 안정적인 정수추출유량을 확보할 수 있다.

둘째, 본 발명은 역삼투압필터 중 막계면에서의 농도를 낮춤으로써, 역삼투압필터의 성능을 안정적으로 유지시킬 수 있다.

셋째, 본 발명은 생활용수차단시, 생활용수가 점유하는 농축수공간의 체적을 확장시킴으로써, 더 많은 정수용량을 확보할 수 있다.

넷째, 본 발명은 다수의 TDS 센서를 구비함없이, 생활용수가 배출되는 유로 측에만 TDS 센서를 구비함으로써, 원수, 생활용수, 정수 각각의 TDS 값을를 연산할 수 있고, 이를 기반으로 정수 및 생활용수 배출을 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 정수장치의 제1 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에서 정수가 추출됨과 동시에, 생활용수가 순환되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에서 역삼투압필터를 플러싱시키는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 정수장치의 제2 실시예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에서 생활용수탱크에 생활용수가 채워지는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4에서 정수가 추출됨과 동시에, 생활용수가 순환되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 정수장치에서, 원수 TDS 값 대비 생활용수 TDS 값의 비율을 확인하는 과정을 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 정수장치에서, 생활용수가 유동하는 순환라인 전체 용량(체적)이 0.1L일 경우를 기준으로, 정수 누적추출량 및 TDS 제거율을 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 정수장치에서, 생활용수가 유동하는 순환라인 전체 용량(체적)이 0.5L일 경우를 기준으로, 정수 누적추출량 및 TDS 제거율을 도시하는 그래프이다.
도 10은 역삼투압필터 역삼투막의 막계면에 대한 농도분극(concentration polarization) 현상을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 변형예로서, 원수유로에 압력센서가 구비되는 구성을 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명인 정수장치를 자세히 설명한다.

본 발명은 별도의 원수 저장탱크를 구비하지 않는 직수형 정수장치에 적용될 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며, 정수장치의 설치장소, 원수압력 등에 따라 원수 저장탱크가 구비되어 구성될 수 있음을 미리 명시하는 바이다.

이하에서 사용되는 '전단', '후단', '전반', '후반'이라는 용어들은 모두 물의 유동 방향을 기준으로 정의한 것이며, 여기서 물은 원수, 정수 및 생활용수를 모두 포함하는 넓은 개념이다.

정수장치의 구성

도 1은 본 발명에 따른 정수장치의 제1 실시예를 나타내는 도면이며, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 정수장치의 구성에 대해 설명한다. 후술하는 정수장치의 개별 구성들은 유로의 기능을 수행하는 튜빙으로 연결될 수 있으며, 튜빙의 피팅(fitting)을 통해 연결될 수 있다.

원수의 유동 방향을 기준으로 나열하면, 본 발명에 따른 정수장치(100)는, 원수라인(130), 펌프부(120) 및 역삼투압필터(110)를 포함하고, 역삼투압필터(110)와 연결된 정수배출라인(140) 및 순환라인(150)으로 구성된다. 정수장치(100)는 구성의 동작을 제어하는 제어부(170)를 포함하고, 제어부(170)는 펌프부(120), 정수배출밸브(142), 생활용수배출밸브(162)의 동작을 제어하도록 구성된다.

여기서, 제어부(170)에 의해 정수배출밸브(142)의 동작이 제어된다는 의미는 정수배출밸브(142)가 강제로 폐쇄되는 것을 의미한다. 참고로, 정수배출밸브(142)는 사용자에 의해 직접 조작될 수도 있고, 사용자가 제어부(170)에 정수배출밸브(142) 개방에 대한 신호를 입력하면, 제어부(170)가 정수배출밸브(142)를 개방시키는 방식으로 제어될 수도 있다.

원수라인(130)은 역삼투압필터(110)의 전단측과 연결된 유로를 의미하며, 아직 역삼투압필터(110)에 의해 여과되지 않은 원수가 유동하는 유로이다. 전술한 바와 같이, 원수라인(130)의 전단은 설치장소에 구비된 수전구(미도시) 또는 저장탱크(미도시)와 연결됨으로써, 원수를 공급받을 수 있다. 원수라인(130)의 후단은 역삼투압필터(110) 중 비여과측(112b)과 연결된다. 원수라인(130)에는 펌프부(120)가 구비되며, 펌프부(120)는 역삼투압필터(110)의 여과 압력 이상으로 원수를 공급하도록 구성된다. 비여과측(112b)으로 공급된 원수는 펌프부(120)의 가압에 의해, 역삼투막(111)을 통과하여 여과측(112a)로 여과되는 과정에서 정수로 만들어진다. 원수라인(130)은 펌프부(120)를 기준으로, 원수라인 전반측(130a) 및 원수라인 후반측(130b)으로 구분된다. 여기서, 원수라인 전반측(130a)에는 전처리필터(122)가 구비된다. 전처리필터(122)는 원수에 함유된 유기 화합물 및 잔류 염소를 제거하는 기능을 수행하고, '선카본필터'라고 불리기도 한다. 또한, 원수라인(130)에는 체크밸브(132)가 더 구비될 수 있다. 체크밸브(132)가 구비됨에 따라, 펌프부(120)의 동작이 중지될 때에도 원수가 역류하는 현상을 방지할 수 있다. 도 1에서는 체크밸브(132)가 원수라인 후반측(130b)에 위치되는 것을 도시하나, 이에 제한되지 않고, 원수라인 전반측(130a)에 위치될 수도 있다.

또한, 펌프부(120)는 자체적으로 체크밸브가 내장됨으로써, 펌프부(120)가 정지된 상태에서 펌프부(120) 후단의 압력(또는 원수라인 후반측(130b) 압력)이 역방향 흐름으로 해소되지 않도록 구성된다. 펌프부(120)의 출력은 80 내지 100 psi로 설정되는 것이 바람직하다.

역삼투압필터(110)는 펌프부(120) 후단측과 연결되어 펌프부(120)의 동작을 통해 원수를 공급받도록 구성되며, 펌프부(120)의 동력에 의해 역삼투 방식으로 원수를 여과시킨다. 역삼투압필터(110)에는 역삼투막(111)이 내장되며, 역삼투막(111)을 기준으로 여과측(112a) 및 비여과측(112b)으로 구분된다. 여과측(112a) 및 비여과측(112b)은 1:1의 비율로 구획되는 것이 바람직하며, 정수 및 생활용수를 1:1 비율로 생성시킬 수 있다. 여과측(112a)은 정수배출라인(140)과 연결되며, 비여과측(112b)는 순환라인(150)과 연결된다. 원수는 역삼투막(111)에 의해 여과되는 바, 여과측(112a)에는 원수의 용존 불순물이 제거된 정수가 유동되며, 비여과측(112b)에는 용존 불순물의 농도가 높아진 생활용수가 유동된다. 여기서 생활용수는 '농축수'로 불리기도 한다. 역삼투압필터(110)는 원통형으로 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 원수라인 후반측(130b)는 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b)과 연결되며, 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b) 중 하부와 연결되는 것이 바람직하다. 순환라인(150)은 비여과측(112b) 중 상부와 연결되는 것이 바람직하다.

정수배출라인(140)은 역삼투압필터(110)의 여과측(112a)과 연결되어 정수가 유동하는 경로이다. 정수배출라인(140)에는 정수배출밸브(142)가 구비되며, 사용자에 의해 정수추출신호가 입력되면, 정수배출밸브(142)가 개방된다. 전술한 바와 같이, 사용자가 수동으로 정수배출밸브(142)를 개방시키는 구조로 구성될 수도 있다. 정수배출라인(140) 중 정수배출밸브(142) 전단에는 전처리필터(144)가 구비된다. 여기서 전처리필터(144)는 '후카본필터'로 불리기도 하며, 정수에 함유된 가스상 물질을 제거하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 정수배출라인(140)에는 유량계(141)가 더 구비될 수 있다. 유량계(141)를 통해 정수 추출량이 센싱되어 사용자에게 정수 추출량에 대한 정보를 제공할 수도 있으며, 더 나아가 사용자가 정수 추출량을 입력할 경우, 입력된 정수 추출량만큼 정수를 추출한 후, 자동으로 정수배출밸브(142)를 폐쇄하도록 설계될 수도 있다.

순환라인(150)은 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b)과 연결되어 생활용수(농축수)가 유동되는 경로이다. 본 발명에 따른 제1 및 제2 실시예는 모두 순환라인(150)의 후단을 펌프부(120)의 전단측과 연결시킴으로써, 생활용수를 순환시키는 구성을 갖는다. 즉, 종래의 대다수 기술들은 생활용수를 순환시키지 않고, 바로 배출시키는 유로를 갖는 바, 본 발명은 생활용수를 순환시키는 유로라는 점에서 큰 차이점이 있다.

순환라인(150)에 대해 자세히 설명하면, 본 발명에 따른 정수장치(100)는, 정수의 추출과 생활용수의 순환을 동시에 수행하는 구성이다. 다시 말해, 정수배출라인(140)으로 정수가 배출되는 중에도 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b)에 저류된 생활용수를 다시 펌프부(120) 전단으로 순환시키는 구성이다.

본 발명에 따른 정수장치(100)는, 별도의 가압 펌프없이 저수압 지역에서도 효과적으로 사용할 수 있도록 순환라인(150)을 펌프부(120) 전단으로 순환시키도록 형성하였다. 원수의 공급량이 상대적으로 부족하거나, 원수의 수압이 상대적으로 낮은 경우, 생활용수를 배출하지 않고, 펌프부(120) 전단으로 재순환시킴으로써, 원수의 공급 흐름을 유지시킬 수 있는 효과를 발휘한다. 즉, 부족한 원수를 생활용수를 통해 보충함으로써, 원수의 유속을 상승시키는 효과가 있으며, 이에 따라, 추출되는 정수 용량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다. 생활용수의 배출이 차단된 상태에서는, 생활용수가 차지하는 농축공간의 체적이 클수록 더욱 많은 정수용량을 확보할 수 있다.

순환라인(150)의 중간에는 생활용수배출라인(160)이 분기된다. 생활용수배출라인(160)은 생활용수를 외부로 배출시키는 유로로써, 실질적으로 플러싱을 수행 과정에서 사용된다. 생활용수배출라인(160)에는 생활용수배출밸브(162)가 구비된다. 여기서, 생활용수배출밸브(162)는 생활용수가 순환라인(150)을 따라, 펌프부(120) 전단측으로 유동할지, 생활용수배출라인(160)으로 배출될지 결정한다. 즉, 생활용수배출밸브(162)에 의해 생활용수는 순환라인(150) 또는 생활용수배출라인(160)으로 선택적으로 유동된다. 일 예로, 생활용수배출밸브(162)가 개방되면, 생활용수가 생활용수배출라인(160)을 따라 외부로 배출되며, 생활용수배출밸브(162)가 폐쇄되면, 생활용수가 순환라인(150)으로 유동된다. 즉, 생활용수배출밸브(162)는 유로를 전환시키는 기능을 수행한다.

이 때, 생활용수는 펌프부(120)의 출력 및 원수의 압력에 의존하여 유동된다. 본 발명에 따른 변형예는, 원수라인(130) 중 펌프부(120) 전단측에 압력센서(131)가 구비되도록 구성된다(도 11 참조).

여기서, 제어부(170)는, 상기 압력센서(131)에 의해 센싱되는 원수의 압력이 기설정된 값 이하일 경우, 상기 펌프부(120)의 출력을 제어하도록 구성된다. 즉, 본 발명에 따른 정수장치(100)가 설치되는 지역이 저수압 지역이 아닌 경우에는 펌프부(120)의 출력을 상대적으로 낮게 조절하는 것을 의미한다.

순환라인(150)에는 TDS 센서(152)가 구비된다. 보다 구체적으로, TDS 센서(152)는 생활용수배출밸브(162) 전단측에 구비되어 순환라인(150)을 유동하는 유체에 포함된 TDS 값을 센싱하도록 구성된다. TDS 센서(152)는 제어부(170)와 전기적으로 연결됨으로써(유선/무선 포함), 센싱된 TDS 값을 제어부(170)로 전송하도록 구성된다. TDS 센서(152)와 관련된 내용은 후술하도록 한다.

한편, 순환라인(150)에는, 생활용수의 순환 방향을 기준으로, 생활용수탱크(154)의 전단측에 구비되는 저항밸브(156)를 더 포함할 수 있다. 저항밸브(156)는 상시 개방상태를 유지하긴 하나, 기설정된 유량만을 허용하도록 구성되는 밸브이다.

정수장치의 제1 실시예

도 2는 '정수추출 및 생활용수 순환'의 유로를 도시하며, 도 3은 '생활용수 배출'의 유로를 도시한다.

도 2를 참조하여 설명한다. 사용자에 의해 정수추출신호가 입력되면, 정수배출밸브(142)가 개방됨과 동시에, 펌프부(120)가 동작된다. 이 때, 생활용수배출밸브(162)는 폐쇄되어 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b)으로부터 배출되는 생활용수는 펌프부(120) 전단측으로 순환된다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 실시예는 정수의 추출 및 생활용수의 순환이 동시에 수행된다. 생활용수의 순환을 통해, 저수압 지역에서 효과적으로 사용될 수 있음은 앞서 언급하였는 바, 이에 대한 설명은 생략한다.

도 3은 역삼투압필터(110)의 플러싱 과정을 도시한다. '플러싱(flushing)'은 역삼투막(111)이 이물질에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해, 원수를 이용하여 역삼투막(111)을 씻어주는 과정을 의미한다. 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b)에 유입된 물이 역삼투막(111)을 플러싱하고 역삼투막(111)에 부착되었던 이물질과 함께 생활용수배출라인(160)을 통해 배수될 수 있다. 이를 위해, 생활용수배출밸브(162)의 개방이 필요하다.

정수장치의 제2 실시예

도 4 내지 6을 참조하여 본 발명에 따른 정수장치의 제2 실시예를 설명한다. 전술한 제1 실시예와 중복되는 설명은 생략하며, 차이점을 중심으로 설명한다.

제2 실시예는 순환라인(150)에 생활용수탱크(152)가 구비된다는 점에서 전술한 제1 실시예와 구분된다. 생활용수탱크(152)는 농축공간 또는 생활용수가 점유하는 공간을 증대시키기 위해 도입된 구성이며, 특히 저수압 지역에서 매우 효과적이다. 순환라인(150)을 통해 순환하는 생활용수의 양이 많아질수록 원수의 흐름을 더욱 유지시킬 수 있기 때문이다.

도 5에는 생활용수탱크(154)가 만수에 도달하지 않았을 때, 생활용수탱크(154)를 채우는 과정을 도시하며, 정수가 추출되지 않는 상태를 기준으로 설명한다. 생활용수탱크(154)는 주기적으로 배출될 필요가 있는 바, 별도의 드레인관이 구비될 수 있다. 원수라인(120)을 통해 공급된 원수는 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b)을 거쳐 생활용수탱크(154)로 지속적으로 채워진다.

도 8 및 9를 참조하면, 생활용수가 유동하는 순환라인 전체 용량(체적)이 0.1L일 경우와 0.5L일 경우를 비교해볼 수 있는 바, 생활용수탱크(154)가 구비됨으로써, TDS 제거율의 감소를 최소화시킬 수 있다.

도 8의 경우에는 정수의 누적추출량이 0.5L까지 도달할 경우, TDS 제거율이 75%까지 급격하게 하락하는 것을 확인할 수 있고, 도 9의 경우에는 동일한 조건에서 TDS 제거율이 90%까지만 낮아지는 바, 생활용수가 유동하는 순환라인 전체 용량(체적)이 매우 중요한 요소임을 알 수 있다.

여기서, TDS 제거율은 원수의 TDS 값 및 정수의 TDS 값을 통해 연산 가능하다. 구체적으로, TDS 제거율은 100*(1-(정수의 TDS 값/원수의 TDS 값))으로 정의된다.

TDS 값을 이용한 정수추출 불가능상태로의 전환

본 발명에 따른 제1 및 제2 실시예는 모두, 순환라인(150)을 유동하는 생활용수의 TDS 값이 임계값에 도달하는 경우, 정수배출밸브(142)를 폐쇄함으로써, 정수추출 가능상태에서 정수추출 불가능상태로 전환시키도록 구성된다. 정수추출 불가능상태에서, 생활용수배출밸브(162)를 개방함으로써, 생활용수를 생활용수배출라인(160)으로 유동시킨다. 즉, 플러싱을 의미한다.

제어부(170)는, 정수배출밸브(142)가 개방되는 정수사용모드가 종료되면, 생활용수배출밸브(162)가 개방되는 생활용수배출모드로 전환시키는 바, 정수 및 생활용수를 순차적으로 배출시키는 구성이다. 또한, 정수사용모드시 추출되는 정수추출량 및 생활용수배출모드시 배출되는 생활용수배출량의 비율을 1:1로 제어하는 것이 바람직하다.

TDS 값을 이용한 정수배출밸브(142)의 제어방식을 자세히 설명한다.

도 7을 참조하면, 제N 정수추출 불가능상태에서, 생활용수배출밸브(162)를 제어함으로써, 원수라인(120)으로부터 공급되는 원수를 이용하여 역삼투압필터(110)를 플러싱시킨다. 플러싱 과정에서 TDS 센서(152)는, 생활용수배출밸브(162) 전단측에 구비되어 원수의 TDS 값을 센싱하고, 원수의 TDS 값을 제N+1 정수추출 가능상태의 원수 TDS 값으로 설정된다.

또한, 제N+1 정수추출 가능상태에서는, 실시간으로 순환라인(150)을 유동하는 생활용수 TDS 값을 센싱하고, 실시간으로 센싱된 생활용수의 TDS 값을 기반으로 원수 TDS 값 대비 생활용수 TDS 값의 비율이 기설정된 값에 도달하면, 제어부(170)는 정수배출밸브(142)를 강제로 폐쇄할 수 있다. 이 때, 생활용수 TDS 값은 원수 TDS 값의 2배 이내로 제어하는 것이 바람직하다. 생활용수 TDS 값이 과도하게 높은 경우에는 역삼투압필터(110)의 성능을 저하시킬 수 있는 바, 성능이 저하되기 전에 미리 생활용수를 배출시키는 것이 바람직하다.

이와는 다른 방식도 적용될 수 있다. 플러싱 과정에서 원수의 TDS 값이 설정됨을 전제로 한다. 제N+1 정수추출 가능상태시, 생활용수 TDS 값을 기반으로, 정수라인(140)으로 추출되는 정수 TDS 값을 실시간으로 연산한 후, 원수 TDS 값 및 정수 TDS 값을 이용하여 TDS 제거율을 연산함으로써, 정수배출밸브(142)의 강제 폐쇄를 결정한다.

이와 같이, 본 발명에서는 하나의 TDS 센서(152)를 이용하여 생활용수의 TDS 값 및 원수의 TDS 값을 모두 센싱할 수 있는 구성이다. 정수배출밸브(142)가 폐쇄되는 정수추출 불가능상태에서는, 역삼투압필터(110) 측으로 유동되는 원수가 상기 역삼투압필터(110)로 필터링되지는 않고, 순환라인(150)으로 유동된다. TDS 센서(152)는 순환라인(150) 중 생활용수배출밸브(162) 전단측에 구비되는 바, 이 과정에서 원수의 TDS 값을 측정할 수 있다.

또한, 정수배출밸브(142)가 개방되는 정수추출 가능상태에서는 역삼투압필터(110)에서 원수의 여과가 수행되는 바, 원수의 여과 과정에서 생활용수가 배출되어 순환라인(150)으로 유동된다. 순환라인(150)으로 유동되는 생활용수는 TDS 센서(152)를 필연적으로 거치게 되는 바, 이 과정에서 생활용수의 TDS 값이 센싱될 수 있다.

즉, 본 발명은 원수가 공급되는 측에 별도의 TDS 센서를 구비하지 않고도, 원수와 생활용수의 TDS 값을 모두 센싱할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 다수의 TDS 센서를 구비할 필요가 없는 바, 생산원가를 절감시킬 수 있으며, TDS 센서의 개수가 증가하면, 이들에 의한 에러가 발생될 개연성 역시 높아지는 바, 이를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 단일의 TDS 센서(152)를 구비하는 바, 작동 불량일 때에도, 직관적으로 TDS 센서(152)를 교체할 수 있는 유지 및 보수의 용이성을 제공한다. 다수의 TDS 센서가 있을 경우, 이 중 어떤 TDS 센서가 불량인지 판단하기가 매우 어렵기 때문이다.

도 10은 역삼투압필터 역삼투막의 막계면에 대한 농도분극(concentration polarization) 현상을 나타내는 그래프이다. 도 10을 참조하면, 역삼투압필터(110)내에서는, 내장된 막계면(membrane)에 가까워질수록 급격하게 농도가 상승하는 것을 알 수 있다. 원수에 함유된 성분 중 일부는 막계면에 의해 배제되며(걸러짐을 의미함), 배제되는 이들 성분의 축적물은 막계면 표면을 차지하기 때문이다. 이러한 현상을 '농도분극(concentration polarization)'이라고 하며, 농도분극은 투과 유속에 부정적인 영향을 미친다. 첫째로, 막계면 표면에서 화학포텐셜이 증가하여 여과구동력이 감소될 수 있다. 둘째로, 막계면 표면에서 용질의 농도가 포화 농도에 도달한 경우, 수력학적 저항이 증가하여 막계면 표면에 용질이 침전되거나 젤층을 형성할 수 있다. 셋째로, 막계면 표면에서 용질이 매우 높은 농도를 형성할 경우, 화학적 공격에 의한 막계면의 조성을 변화시킬 위험이 증가한다. 넷째로, 막계면 표면에 점착된 용질은 막계면의 분리 특성(또는 여과 특성)을 변화시키는 문제가 발생될 수 있다. 이에 따라, 막계면 표면의 축적물을 제거하기 위해, 전술한 바와 같이, 플러싱을 수행하는 것이 꼭 필요하며, 이로써, 역삼투막(111)의 수명을 증대시킬 수 있다.

이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100: 정수장치
110: 역삼투압필터
111: 역삼투막
112a; 여과측
112b: 비여과측
120: 펌프부
122: 전처리필터
130: 원수라인
131: 압력센서
132: 체크밸브
140: 정수배출라인
142: 정수배출밸브
144: 후처리필터
150: 순환라인
152: TDS 센서
154: 생활용수탱크
156: 저항밸브
160: 생활용수배출라인
162: 생활용수배출밸브

Claims

역삼투 방식으로 원수를 여과하는 역삼투압필터(110)로서, 내장된 역삼투막(111)을 기준으로, 여과측(112a) 및 비여과측(112b)으로 구획되는, 역삼투압필터(110);
상기 역삼투압필터(110)의 전단측과 연결된 원수라인(130)에 구비되되, 원수를 상기 비여과측(112b)으로 유동시키는, 펌프부(120);
상기 역삼투압필터(110)의 여과측(112a)과 연결되어 여과된 정수가 추출되는 정수배출라인(140);
상기 정수배출라인(140)에 구비되어 상기 정수배출라인(140)을 개폐하는 정수배출밸브(142);
TDS 센서(152)가 구비되며, 전단은 상기 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b)과 연결되며, 후단은 상기 원수라인(130) 중 상기 펌프부(120) 전단측과 연결되는 순환라인(150);
상기 순환라인(150)으로부터 분기되어 생활용수를 외부로 배출하는 생활용수배출라인(160);
상기 생활용수배출라인(160)에 구비되어 상기 생활용수배출라인(160)을 개폐하는 생활용수배출밸브(162); 및
상기 펌프부(120), 정수배출밸브(142) 및 생활용수배출밸브(162)의 동작을 제어하는 제어부(170); 를 포함하고,
상기 제어부(170)는,
상기 순환라인(150)을 유동하는 생활용수의 TDS 값이 임계값에 도달하는 경우, 상기 정수배출밸브(142)를 폐쇄함으로써, 정수추출 가능상태에서 정수추출 불가능상태로 전환시키고,
상기 정수추출 불가능상태에서, 상기 생활용수배출밸브(162)를 개방함으로써, 생활용수를 상기 생활용수배출라인(160)으로 유동시키는,
정수장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(170)는,
상기 정수추출 가능상태에서, 상기 생활용수배출밸브(162)를 폐쇄시킴으로써, 상기 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b)로부터 유출되는 생활용수가 상기 순환라인(150)을 거쳐 상기 역삼투압필터(110)로 재순환되도록 제어하는,
정수장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제어부(170)는,
제N 정수추출 불가능상태에서, 상기 생활용수배출밸브(162)를 제어함으로써, 상기 원수라인(130)으로부터 공급되는 원수를 이용하여 상기 역삼투압필터(110)를 플러싱시키며,
상기 TDS 센서(152)는, 상기 생활용수배출밸브(162) 전단측에 구비되어 상기 원수의 TDS 값을 센싱하고, 상기 원수의 TDS 값을 제N+1 정수추출 가능상태의 원수 TDS 값으로 설정시키는,
정수장치.
청구항 3에 있어서,
상기 TDS 센서(152)는,
상기 제N+1 정수추출 가능상태에서, 실시간으로 상기 순환라인(150)을 유동하는 생활용수 TDS 값을 센싱하는,
정수장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제어부(170)는,
상기 제N+1 정수추출 가능상태에서,
상기 임계값은, 상기 원수 TDS 값 대비 상기 생활용수 TDS 값의 비율이 기설정된 값에 도달하는 것을 의미하는,
정수장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제어부(170)는,
상기 제N+1 정수추출 가능상태시,
상기 생활용수 TDS 값을 기반으로, 상기 정수배출라인(140)으로 추출되는 정수 TDS 값을 실시간으로 연산하며, 상기 원수 TDS 값 및 상기 정수 TDS 값을 이용하여 TDS 제거율을 연산하되,
상기 임계값은, 상기 TDS 제거율이 기설정된 값에 도달하는 것을 의미하는,
정수장치.
청구항 2에 있어서,
상기 순환라인(150)에는,
상기 순환라인(150)을 유동하는 생활용수가 저장되는 생활용수탱크(154)가 더 구비되며,
상기 생활용수탱크(154)는,
상기 역삼투압필터(110)의 비여과측(112b) 및 상기 펌프부(120) 전단측 사이에 위치되는,
정수장치.
청구항 7에 있어서,
상기 순환라인(150)에는,
생활용수의 순환 방향을 기준으로, 상기 생활용수탱크(154)의 전단측에 구비되는 저항밸브(156)를 더 포함하는,
정수장치.
청구항 2에 있어서,
상기 원수라인(130) 중 상기 펌프부(120) 전단측에 구비되는 전처리필터(122); 및
상기 정수배출라인(140)에 구비되는 후처리필터(142); 를 더 포함하는,
정수장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(170)는,
상기 정수배출밸브(142)가 개방되는 정수사용모드가 종료되면, 상기 생활용수배출밸브(162)가 개방되는 생활용수배출모드로 전환시키는,
정수장치.
청구항 10에 있어서,
상기 제어부(170)는,
상기 정수사용모드시 추출되는 정수추출량 및 상기 생활용수배출모드시 배출되는 생활용수배출량의 비율을 1:1로 제어하는,
정수장치.
청구항 1에 있어서,
상기 원수라인(130) 중 상기 펌프부(120) 전단측에는 압력센서(131)가 구비되며,
상기 제어부(170)는, 상기 압력센서(131)에 의해 센싱되는 원수의 압력이 기설정된 값 이하일 경우, 상기 펌프부(120)의 출력을 제어하는,
정수장치.