미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치 및 제어방법

본 발명에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치는 원수에 포함된 불순물을 여과 처리하는 여과모듈, 상기 여과모듈을 경유한 제1처리수를 역삼투 처리하는 역삼투모듈, 상기 제1처리수 중 일부를 분기시켜 공급하는 제1처리수 공급모듈, 상기 역삼투모듈을 경유한 제2처리수와 상기 제1처리수 공급모듈에서 공급되는 제1처리수를 혼합하여 미네랄워터를 생성하는 미네랄워터 생성모듈, 및 상기 제1처리수와 제2처리수의 전기전도도를 이용하여 상기 미네랄워터의 미네랄 농도를 미리 설정된 설정범위로 유지하기 위한 제1처리수의 공급유량을 결정하고, 상기 결정된 유량으로 제1처리수가 공급되도록 상기 제1처리수 공급모듈의 동작을 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2016년05월30일
(11) 등록번호 10-1624893
(24) 등록일자 2016년05월23일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
C02F 1/68 (2006.01) B01D 61/08 (2006.01)
C02F 1/44 (2006.01) C02F 103/08 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2014-0149155
(22) 출원일자 2014년10월30일
심사청구일자 2014년10월30일
(65) 공개번호 10-2016-0053020
(43) 공개일자 2016년05월13일
(56) 선행기술조사문헌
KR1020070018566 A*
KR1019940021429 A*
KR1020070022986 A*
KR100589795 B1
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
한국생산기술연구원
충청남도 천안시 서북구 입장면 양대기로길 89
(72) 발명자
박성혁
경기도 용인시 처인구 백옥대로587번길 신미주아
파트 101동 102호
조인성
경기도 파주시 한빛로 한빛마을2단지 휴먼빌레이
크팰67 (야당동) 202동 1004호
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
원성수, 박종경
전체 청구항 수 : 총 6 항 심사관 : 이진욱
(54) 발명의 명칭 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치 및 제어방법
(57) 요 약
본 발명에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치는 원수에 포함된 불순물을 여과 처리하는 여과모듈, 상기 여
과모듈을 경유한 제1처리수를 역삼투 처리하는 역삼투모듈, 상기 제1처리수 중 일부를 분기시켜 공급하는 제1처
리수 공급모듈, 상기 역삼투모듈을 경유한 제2처리수와 상기 제1처리수 공급모듈에서 공급되는 제1처리수를 혼합
하여 미네랄워터를 생성하는 미네랄워터 생성모듈, 및 상기 제1처리수와 제2처리수의 전기전도도를 이용하여 상
기 미네랄워터의 미네랄 농도를 미리 설정된 설정범위로 유지하기 위한 제1처리수의 공급유량을 결정하고, 상기
결정된 유량으로 제1처리수가 공급되도록 상기 제1처리수 공급모듈의 동작을 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을
특징으로 한다.
대 표 도
등록특허 10-1624893
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(72) 발명자
이상목
인천 연수구 신송로118번길 6, 109동 2002호 (송도
동, 송도풍림아이원1단지아파트)
나소정
인천 남동구 구월남로327번길 22
이 발명을 지원한 국가연구개발사업
과제고유번호 10045709
부처명 산업통상자원부
연구관리전문기관 산업기술평가원
연구사업명 해외프로젝트 수주연계 산업기술협력
연구과제명 사우디 가변염도 대응 이동식 해수담수화 시스템 개발
기 여 율 1/1
주관기관 한국생산기술연구원
연구기간 2013.06.01 ~ 2014.05.31
등록특허 10-1624893
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명 세 서
청구범위
청구항 1
원수에 포함된 불순물을 여과 처리하는 여과모듈;
상기 여과모듈을 경유한 제1처리수를 역삼투 처리하는 역삼투모듈;
상기 제1처리수 중 일부를 분기시켜 공급하는 제1처리수 공급모듈;
상기 역삼투모듈을 경유한 제2처리수와 상기 제1처리수 공급모듈에서 공급되는 제1처리수를 혼합하여 미네랄워
터를 생성하는 미네랄워터 생성모듈;
상기 역삼투모듈에서 배출된 농축수로부터 특정 이온을 분리하여 얻은 제3처리수를 상기 미네랄워터 생성모듈로
공급하는 제3처리수 공급모듈; 및
상기 제1처리수와 제2처리수의 전기전도도를 이용하여 상기 미네랄워터의 미네랄 농도를 미리 설정된 설정범위
로 유지하기 위한 제1처리수의 공급유량을 결정하고, 상기 결정된 유량으로 제1처리수가 공급되도록 상기 제1처
리수 공급모듈의 동작을 제어하는 제어모듈을 포함하되,
상기 제어모듈은 미리 설정된 최대 유량비율로 제1처리수를 제2처리수에 혼합할 경우 상기 미네랄워터의 미네랄
농도를 연산하고, 상기 연산된 미네랄 농도가 상기 설정범위보다 낮은 경우이면 제3처리수가 추가적으로 공급되
도록 상기 제3처리수 공급모듈의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치.
청구항 2
삭제
청구항 3
제1항에 있어서,
상기 제3처리수 공급모듈은,
상기 역삼투모듈에서 배출되는 농축수로부터 특정 이온을 분리하여 제3처리수를 생성하는 이온분리장치, 상기
생성된 제3처리수를 저장하는 제3처리수 저장조, 및 상기 제어모듈의 제어신호에 따라 상기 제3처리수 저장조에
서 미네랄워터 생성모듈로 공급되는 제3처리수의 유량을 제어하는 제3처리수 유량제어밸브를 포함하는 것을 특
징으로 하는 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치.
청구항 4
제3항에 있어서,
상기 특정 이온은 2가의 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미네랄워터
의 미네랄 농도 제어장치.
청구항 5
제1항, 제3항, 또는 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1처리수 공급모듈은 여과모듈을 경유한 제1처리수 중 일부를 분기시켜 저장하는 제1처리수 저장조와, 상
기 제어모듈의 제어신호에 따라 상기 제1처리수 저장조에서 미네랄워터 생성모듈로 공급되는 제1처리수의 유량
을 제어하는 제1처리수 유량제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치.
청구항 6
제5항에 있어서,
상기 생성된 미네랄워터를 살균처리하기 위한 살균모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미네랄워터의 미네랄
등록특허 10-1624893
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농도 제어장치.
청구항 7
원수에 포함된 불순물을 여과 처리하여 제1처리수를 생성하는 제1단계;
상기 제1처리수를 역삼투 처리하여 제2처리수를 생성하는 제2단계;
상기 제1단계에서 생성된 제1처리수 중 일부를 분기시켜 상기 제2처리수에 공급하여 미네랄워터를 생성하는 제3
단계; 및
상기 미네랄워터를 살균처리하는 제4단계를 포함하되,
상기 제3단계에서는 제1처리수와 제2처리수의 전기전도도를 이용하여 각각의 미네랄 농도를 연산하고, 상기 연
산결과를 이용하여 상기 미네랄워터의 미네랄 농도를 미리 설정된 설정범위로 유지하기 위해 상기 제2처리수에
공급되는 제1처리수의 공급유량을 결정하되, 상기 제3단계는,
상기 제2단계에서 배출된 농축수로부터 특정 이온을 분리하여 제3처리수를 생성하는 단계와,
미리 설정된 최대 유량비율로 상기 제1처리수를 제2처리수에 혼합할 경우 상기 미네랄워터의 미네랄 농도를 연
산하고, 상기 연산된 미네랄 농도가 상기 설정범위보다 낮은 경우이면 상기 제3처리수를 추가적으로 제2처리수
에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미네랄워터의 미네랄 농도 제어방법.
청구항 8
삭제
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 해수와 같은 피처리수인 원수를 수처리하여 얻어지는 미네랄워터에 [0001] 포함된 미네랄 성분의 농도를 제
어하기 위한 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원수에 포함된
불순물을 여과처리한 제1처리수를 순차적으로 역삼투 처리하여 얻은 제2처리수에 미네랄 성분이 풍부한 상기 제
1처리수를 혼합하여 미네랄워터를 제조함으로써 별도의 미네랄 공급장치를 구비하지 않더라도 상기 미네랄워터
의 미네랄 농도를 목표 수준으로 유지할 수 있는 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치 및 제어방법에 관한 것이
다.
배 경 기 술
[0002] 일반적으로 미네랄 성분은 인체에 필요한 5대 영양소 중의 하나로서 신체 구성, 신체 기능 조절 등의 중요 역할
을 수행하는 것으로 알려져 있는데, 이러한 미네랄 성분이 부족할 경우 신체적, 정신적 발달을 저해하고 각종
질병을 야기하는 원인이 된다.
[0003] 이와 같이 인체에 유용한 미네랄 성분은 지층수보다 해수에 상대적으로 많이 포함되어 있으며, 특히 해양 심층
수의 경우 4대 미네랄(마그네슘, 칼슘, 칼륨, 나트륨)을 비롯하여 아연, 셀렌, 망간 등의 각종 미네랄 성분이
포함되어 있기 때문에 최근에는 해수의 담수화 과정에서 추출된 미네랄 성분을 이용하여 미네랄워터를 제조하는
기술이 급속히 개발되고 있는 추세이다.
[0004] 이와 같이 해수(해양심층수 포함)를 처리하여 담수를 제조하는 방식으로는 증발법, 역삼투법, 전기투석법 등이
있는데, 이 중 역삼투법은 해수에 포함된 세균, 박테리아 등의 유해성분을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아
니라 상대적으로 에너지 소비량이 적기 때문에 가장 널리 사용되고 있으며 이러한 역삼투법을 이용한 해수 담수
화 기술은 하기 [문헌 1] 등에 구체적으로 개시되어 있다.
[0005] 그러나, 종래 기술에 따른 역삼투법을 이용한 담수화 기술들은 대부분 해수에 포함된 유해 성분을 제거하는 과
정에서 인체에 유용한 상기 미네랄 성분들도 함께 제거되기 때문에, 담수화된 물은 증류수와 유사한 수질을 갖
게 되어 인체에 유용한 미네랄 성분이 매우 부족해지는 문제점이 있었다.
등록특허 10-1624893
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[문헌 1] 한국공개특허 제2002-0072315호([0006] 2002. 9. 14. 공개)
발명의 내용
해결하려는 과제
[0007] 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 원수에 포함된 불순물을 여
과처리한 제1처리수를 순차적으로 역삼투 처리하여 얻은 제2처리수에 상대적으로 미네랄 성분이 풍부한 상기 제
1처리수를 혼합하여 미네랄워터를 제조함으로써 별도의 미네랄 공급장치를 구비하지 않더라도 상기 미네랄워터
의 미네랄 농도를 목표 수준으로 유지할 수 있는 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치 및 제어방법을 제공하기
위한 것이다.
과제의 해결 수단
[0008] 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치는 원수에 포함된 불순
물을 여과 처리하는 여과모듈, 상기 여과모듈을 경유한 제1처리수를 역삼투 처리하는 역삼투모듈, 상기 제1처리
수 중 일부를 분기시켜 공급하는 제1처리수 공급모듈, 상기 역삼투모듈을 경유한 제2처리수와 상기 제1처리수
공급모듈에서 공급되는 제1처리수를 혼합하여 미네랄워터를 생성하는 미네랄워터 생성모듈, 및 상기 제1처리수
와 제2처리수의 전기전도도를 이용하여 상기 미네랄워터의 미네랄 농도를 미리 설정된 설정범위로 유지하기 위
한 제1처리수의 공급유량을 결정하고, 상기 결정된 유량으로 제1처리수가 공급되도록 상기 제1처리수 공급모듈
의 동작을 제어하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
[0009] 또한, 상기 역삼투모듈에서 배출된 농축수로부터 특정 이온을 분리하여 얻은 제3처리수를 상기 미네랄워터 생성
모듈로 공급하는 제3처리수 공급모듈을 더 포함하고, 상기 제어모듈은 미리 설정된 유량비율로 제1처리수와 제2
처리수를 혼합할 경우 상기 미네랄워터의 미네랄 농도를 연산하고, 상기 연산된 미네랄 농도가 상기 설정범위보
다 낮은 경우이면 제3처리수가 추가적으로 공급되도록 상기 제3처리수 공급모듈의 동작을 제어하는 것을 특징으
로 한다.
[0010] 또한, 상기 제3처리수 공급모듈은 상기 역삼투모듈에서 배출되는 농축수로부터 특정 이온을 분리하여 제3처리수
를 생성하는 이온분리장치, 상기 생성된 제3처리수를 저장하는 제3처리수 저장조, 및 상기 제어모듈의 제어신호
에 따라 상기 제3처리수 저장조에서 미네랄워터 생성모듈로 공급되는 제3처리수의 유량을 제어하는 제3처리수
유량제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[0011] 또한, 상기 특정 이온은 2가의 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
[0012] 또한, 상기 제1처리수 공급모듈은 여과모듈을 경유한 제1처리수 중 일부를 분기시켜 저장하는 제1처리수 저장조
와, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 제1처리수 저장조에서 미네랄워터 생성모듈로 공급되는 제1처리수의
유량을 제어하는 제1처리수 유량제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[0013] 또한, 상기 생성된 미네랄워터를 살균처리하기 위한 살균모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
[0014] 또한, 본 발명에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어방법은 원수에 포함된 불순물을 여과 처리하여 제1처리수
를 생성하는 제1단계, 상기 제1처리수를 역삼투 처리하여 제2처리수를 생성하는 제2단계, 상기 제1단계에서 생
성된 제1처리수 중 일부를 분기시켜 상기 제2처리수에 공급하여 미네랄워터를 생성하는 제3단계, 및 상기 미네
랄워터를 살균처리하는 제4단계를 포함하되, 상기 제3단계에서는 제1처리수와 제2처리수의 전기전도도를 이용하
여 각각의 미네랄 농도를 연산하고, 상기 연산결과를 이용하여 상기 미네랄워터의 미네랄 농도를 미리 설정된
설정범위로 유지하기 위해 상기 제2처리수에 공급되는 제1처리수의 공급유량을 결정하는 것을 특징으로 한다.
[0015] 또한, 상기 제3단계는, 상기 제2단계에서 배출된 농축수로부터 특정 이온을 분리하여 제3처리수를 생성하는 단
계와, 미리 설정된 유량비율로 제1처리수와 제2처리수를 혼합할 경우 상기 미네랄워터의 미네랄 농도를 연산하
고, 상기 연산된 미네랄 농도가 상기 설정범위보다 낮은 경우이면 상기 제3처리수를 추가적으로 제2처리수에 공
급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
등록특허 10-1624893
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발명의 효과
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치 [0016] 및 제어방법은 여과처리를 한
제1처리수와 상기 제1처리수를 역삼투 처리한 제2처리수의 전기전도도를 이용하여 각각의 미네랄 농도를 연산하
고, 그 연산결과에 따라 결정된 유량비율로 제1처리수와 제2처리수를 혼합하여 미네랄워터를 제조하는 방식이기
때문에 별도의 미네랄 피더를 구비하지 않더라도 미네랄워터의 미네랄 농도를 원하는 목표 수준으로 유지할 수
있는 장점이 있다.
[0017] 또한, 본 발명에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치 및 제어방법은 상기 제1처리수를 미리 정해진 최대
유량비율로 제2처리수에 혼합하는 경우에도 상기 목표 수준의 미네랄 농도를 만족할 수 없는 경우이면 역삼투
공정에서 배출되는 농축수로부터 분리한 고 이온농도의 제3처리수를 추가적으로 혼입하도록 구성되기 때문에 원
수의 미네랄 농도가 낮은 경우(일예로서, 지층수)에도 제조되는 미네랄워터의 농도를 원하는 수준으로 유지할
수 있는 장점이 있다.
도면의 간단한 설명
[0018] 도1은 본 발명의 일실시예에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치의 전체적인 구성을 나타낸 도면,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치의 동작구성을 설명하기 위한 블럭도, 및
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
[0019] 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.
[0020] 도1은 본 발명의 일실시예에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치의 전체적인 구성을 나타낸 도면이고, 도2
는 본 발명의 일실시예에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치의 동작구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
[0021] 본 발명에 따른 미네럴워터의 미네랄 농도 제어장치는 원수가 저장된 원수 저장조(10), 상기 저장된 원수를 취
수하여 불순물을 여과 처리하는 여과장치(20), 상기 여과장치(20)를 경유한 제1처리수를 역삼투 처리하는 역삼
투장치(30), 상기 제1처리수 중 일부를 분기시켜 공급하는 제1처리수 공급부(25,40), 및 상기 역삼투장치(30)를
경유한 제2처리수와 상기 제1처리수 공급부(25,40)에서 공급되는 제1처리수를 혼합하여 미네랄워터를 생성하는
미네랄워터 생성부(80,90)을 포함하여 구성된다.
[0022] 이때, 상기 원수 저장조(10)는 후술하는 수처리 공정을 통해 미네랄워터를 생성하기 위한 원수를 저장하기 위한
것으로서 상기 원수는 해수, 하천수, 우수, 오수 등이 될 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 원수로 해수를 사용
하는 경우를 일예로서 설명한다.
[0023] 또한, 상기 여과장치(20)는 후술하는 역삼투 공정을 수행하기 이전의 전처리 공정으로서 막구조물을 이용하여
원수에 포함된 불순물 등을 여과하기 위한 장치로서, 불순물 여과에 사용되는 통상의 UF(ultra filteration) 필
터 등을 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다.
[0024] 상기와 같은 여과장치의 경우 원수에 포함된 입자성 또는 용존성 불순물만을 막구조물로 여과하는 방식이기 때
문에 이를 경유한 제1처리수는 원수에 포함된 미네랄 성분을 거의 그대로 포함하게 된다.
[0025] 또한, 상기 역삼투장치(30)는 물에 포함된 유해 성분은 배제하고 순수한 물만 통과시키는 특성을 가진 반투막을
이용하여 상기 제1처리수를 각각 음용이 가능한 제2처리수와 유해 성분이 농축된 고농도의 농축수로 분리 배출
하기 위한 장치로서, 통상의 수처리용 역삼투 장치에 의하여 바람직하게 구현될 수 있다.
[0026] 이 경우 상기 역삼투장치(30)는 물에 포함된 세균, 바이러스, 이온성 물질 등의 유해 성분을 제거하는 과정에서
인체에 유용한 미네랄 성분까지 거의 제거하기 때문에, 이를 경유한 상기 제2처리수는 인체에 유용한 미네랄 성
분의 농도가 매우 낮은 증류수에 가까운 물이 되는 단점이 있다.
[0027] 따라서, 본 발명에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치는 전술한 바와 같이 미네랄 성분이 풍부한 제1처리
수를 이용하여 후술하는 방식에 따라 상기 역삼투 처리된 제2처리수의 부족한 미네랄 농도를 보충하도록 구성한
것을 특징으로 한다.
등록특허 10-1624893
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또한, 상기 제1처리수 공급부(25,40)는 상기 여과장치(20)를 경유한 제1처리수 [0028] 중 일부를 분기시켜 저장하는 제
1처리수 저장조(25), 상기 제1처리수 저장조(25)와 후술하는 미네랄워터 생성부(80,90)를 연결하는
배관(미도시)의 중도에 설치되어 상기 미네랄워터 생성부(80,90)로 공급되는 제1처리수의 유량을 제어하는 제1
유량제어밸브(40)를 포함하여 구성된다.
[0029] 또한, 상기 미네랄워터 생성부(80,90)는 제1처리수 공급부(25,40)로부터 공급되는 제1처리수와 역삼투장치(30)
로부터 공급되는 제2처리수가 유입 및 혼합되는 취수조(80)와, 상기 취수조(80)에서 혼합된 제1,2처리수를 살균
처리하여 최종적으로 미네랄워터를 생성하는 살균장치(90)를 포함하여 구성된다.
[0030] 이때, 본 실시예에서는 상기 살균장치(90)가 UV 살균장치로 구성되는 경우를 일예로서 설명하나 이에 한정되지
아니하며, 필요에 따라서는 공지된 여러 가지 살균방식 중 어느 하나를 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다.
[0031] 또한, 본 발명에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치는 상기 역삼투장치(30)에서 배출된 농축수로부터 특
정 이온을 분리하여 얻은 제3처리수를 상기 미네랄워터 생성부(80,90)로 공급하는 제3처리수 공급부
(50,60,65,70)를 더 포함하도록 구성될 수도 있다.
[0032] 상기 제3처리수 공급부(50,60,65,70)는 후술하는 바와 같이 제1처리수를 미리 정해진 최대 유량비율로 제2처리
수에 혼합하더라도 목표 수준의 미네랄 농도를 만족할 수 없는 경우 역삼투 공정에서 배출되는 농축수로부터 분
리한 고 이온농도의 제3처리수를 추가적으로 공급함으로써 미네랄워터의 미네랄 농도를 제어하기 위한
것으로서, 상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치는 원수의 미네랄 농
도가 낮은 경우(일예로서, 지층수)에도 제조되는 미네랄워터의 농도를 원하는 수준으로 유지할 수 있는 장점을
가지게 된다.
[0033] 이를 위하여 상기 제3처리수 공급부(50,60,65,70)는 역삼투장치(30)에서 배출되는 농축수로부터 필요한 특정 이
온을 분리하여 제3처리수를 생성하는 이온분리장치(60), 상기 제3처리수를 저장하는 제3처리수 저장조(65), 상
기 제3처리수 저장조(65)와 미네랄워터 생성부(80,90)를 연결하는 배관(미도시)의 중도에 설치되어 상기 미네랄
워터 생성부(80,90)로 공급되는 제3처리수의 유량을 제어하는 제2유량제어밸브(70)를 포함하여 구성된다.
[0034] 이때, 상기 제3처리수는 이온분리장치(60)에서 분리된 특정 이온을 고농도로 포함하는데, 본 실시예에서는 일예
로서 상기 제3처리수가 체내에 필요한 주요 미네랄 성분인 2가의 칼슘 이온 및/또는 마그네슘 이온을 포함하도
록 구성하였다.
[0035] 또한, 상기 이온분리장치(60)는 나노여과(nano filteration) 방식이나 전기투석(electrodialysis) 방식 등 공
지된 통상의 이온분리방식 중 어느 하나를 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다.
[0036] 또한, 상기 제3처리수 공급부는 역삼투장치(30)와 이온분리장치(60)를 연결하는 배관(미도시)의 중도에 설치되
어 역삼투장치(30)에서 배출되는 농축수가 외부 또는 상기 이온분리장치(60) 중 어느 하나로 선택적으로 배출되
도록 하는 유로전환밸브(50)를 더 포함하도록 구성될 수 있는데, 상기 유로전환밸브(50)는 통상의 삼방밸브 등
을 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다.
[0037] 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치의 동작구성을 살펴보면, 먼저 입력부
(110)를 통해 사용자가 동작신호를 입력하면 제어부(100)는 후술하는 제1,2,3농도측정장치(120,130,140)와 유량
측정장치(150)의 출력을 이용하여 유량 연산모듈(160)을 통해 제1처리수와 제3처리수의 공급 유량을 연산하고,
상기 연산결과에 따라 제1,2유량제어밸브(40,70)와 유로전환밸브(50)의 동작을 제어하도록 구성된다.
[0038] 이때, 상기 제1,2,3농도측정장치(120,130,140)는 각각 제1,2,3처리수의 미네랄 농도를 측정하기 위한 것으로서
각각 농도 측정이 가능한 위치에 설치되는 것이 바람직한데, 본 실시예에서는 일예로서 상기 제1농도측정장치
(120)는 제1처리수 저장조(25)에 설치되고, 제2농도측정장치(130)는 역삼투장치(30)의 제2처리수
배출관(미도시)의 중도에 설치되며, 제3농도측정장치(140)는 제3처리수 저장조(65)에 설치되는 것으로 구성하였
다.
[0039] 또한, 상기 제1,2,3농도측정장치(120,130,140)는 각각 제1,2,3처리수의 전기전도도(EC)를 측정한 후, 하기 [수
학식 1]을 이용한 연산에 의하여 해당 처리수의 미네랄 농도(total cation concentration)를 측정하는 방식으로
구성된다.
[0040] [수학식 1]
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미네랄 농도(meq/L) [0041] = 10 × 전기전도도(dS/m)
[0042] 본 실시예에서는 상술한 바와 같은 미네랄 농도 계산 방식의 신뢰도를 평가하기 위하여 해수를 직접 담수화하여
실험한 데이터와 상기 [수학식 1]의 연산 결과를 비교해 보았다.
[0043] 먼저, 전기전도도가 52 dS/m으로 측정된 해수를 담수화하여 얻은 최종 처리수의 전기전도도와 미네랄 농도를 직
접 측정하였으며, 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
표 1
[0044] 전기전도도 나트륨 농도 칼륨 농도 칼슘 농도 마그네슘 농도
0.05 dS/m 10 mg/L 0.36 mg/L 0.064 mg/L 0.0887 mg/L
[0045]
[0046] 다음으로, 상기 측정된 미네랄 농도를 이용하여 전체 미네랄 농도를 meq/L의 단위로 환산하면 아래의 [계산식
1]과 같이 0.455 meq/L임을 알 수 있다.
[0047] [계산식 1]
[0048]
[0049] 마지막으로, 상기 [수학식 1]에 의하여 전체 미네랄 농도를 연산하면 측정된 전기전도도가 0.05 dS/m이기 때문
에 0.5 meq/L로 구해지며, 이는 상기 미네랄 농도 측정값과 대비할 때 오차 범위가 10% 이내인 매우 정확한 값
임을 알 수 있다.
[0050] 따라서, 본 발명에서와 같이 각 처리수의 전기전도도를 측정한 후 이를 이용하여 해당 처리수의 미네랄 농도를
연산에 의해 구하더라도 실제 측정값과 매우 근사한 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
[0051] 한편, 상기 유량 측정장치(150)는 후술하는 바와 같이 제1처리수 및/또는 제3처리수의 공급 유량을 결정하기
위하여 제2처리수 또는 제조된 미네랄워터의 유량을 연산하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 일예로서 상기
유량 측정장치(150)가 제조된 미네랄워터의 유량을 측정하기 위하여 취수조(80)에 설치되는 것으로 구성하였다.
[0052] 다음으로, 상기와 같은 본 발명의 미네랄 농도 제어장치를 이용하여 미네랄워터의 미네랄 농도를 제어하는 방법
을 도3에 도시한 흐름도를 이용하여 상세히 설명하기로 한다.
[0053] 먼저, 입력부(110)를 통해 사용자로부터 미네랄 농도 제어장치의 동작 개시 신호가 입력되면, 제어부(100)는 여
과장치(20)를 경유한 제1처리수의 미네랄 농도와 상기 제1처리수를 역삼투 처리한 제2처리수의 미네랄 농도를
각각 전술한 방식으로 측정하게 된다(S10,S20).
[0054] 상기 S20 단계가 완료되면, 제어부(100)는 제1처리수를 제2처리수에 혼합하여 미네랄워터를 제조할 경우 목표로
하는 미네랄 농도가 설정범위로 유지될 수 있는지 여부를 판단한다(S30).
[0055] 일반적으로 제1처리수는 여과공정을 통해 원수에 포함된 입자성 또는 용존성 불순물만을 제거한 것이어서 인체
에 유용한 미네랄 성분과 함께 유해 성분도 함께 포함되어 있기 때문에, 상기 제1처리수를 제2처리수에 제한 없
이 혼합할 경우에는 제조된 미네랄워터의 수질이 문제되므로 제2처리수의 유량에 대한 제1처리수의 최대 혼합
유량비를 제한하는 것이 바람직하다.
[0056] 따라서, 상기 S30 단계에서는 제1처리수의 미네랄 농도가 미리 설정된 최대 유량비율로 제2처리수에 혼합할 경
우 미네랄워터의 미네랄 농도가 상기 설정범위를 만족하는지 여부를 판단하게 되는데, 상기 판단결과는 원수의
미네랄 함량과 밀접한 관련을 가지게 된다.
[0057] 설명의 편의를 위하여 이하에서는 다음과 같은 2가지 경우에 대하여 구분하여 설명하는데, Q1과 C1은 각각 제1처
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리수의 유량(㎥/h)과 미네랄 농도(meq/L), Q2와 C2는 각각 제2처리수의 유량(㎥/h)과 미네랄 농도(meq/L), Q3과
C3은 각각 제3처리수의 유량(㎥/h)과 미네랄 농도(meq/L), Qt과 Ct는 각각 제조된 미네랄워터의 유량(㎥/h)과 미
네랄 농도(meq/L)를 나타낸다.
[0058] <전제 조건>
[0059] 1. Qt(목표 유량) : 1㎥/h , Ct(목표 미네랄 농도) : 2 meq/L 인 것으로 설정
[0060] 2. 제1처리수의 최대 혼합 유량비율은 목표 유량의 10% 이내로 설정
[0061] 3. 목표 미네랄 농도를 유지하기 위해 제3처리수를 추가로 공급할 경우 제1
[0062] 처리수와 제3처리수의 혼합비율은 9:1로 설정함
[0063] <Case 1> 원수가 해수인 경우
[0064] C1(측정값):100 meq/L, C2(측정값):0.1 meq/L, C3(측정값):600 meq/L
[0065] <Case 2> 원수가 지층수인 경우
[0066] C1(측정값):15 meq/L, C2(측정값):0.1 meq/L, C3(측정값):90 meq/L
[0067] 먼저, 제1,2처리수와 이를 혼합한 미네랄워터의 유량 및 미네랄 농도 사이에는 하기 [수학식 2]와 같은 관계식
이 성립한다.
[0068] [수학식 2]
Q1C1 + Q2C2 = QtCt , Qt = Q1 + Q2 [0069]
[0070] 상기 <Case 1>에서 제1처리수를 최대 유량비율로 혼합할 경우의 미네랄워터의 미네랄 농도를 계산하면 아래의
[계산식 2]와 같이 10.09[meq/L]이므로 제1처리수의 공급에 의하여 목표 미네랄 농도를 만족할 수 있음을 알 수
있다.
[0071] [계산식 2]
[0072] 0.1*100 + 0.9*0.1 = 1*Ct = 10.09
[0073] 반면에, 상기 <Case 2>에서 제1처리수를 최대 유량비율로 혼합할 경우의 미네랄워터의 미네랄 농도를 계산하면
아래의 [계산식 3]과 같이 1.59[meq/L]이므로 제1처리수의 공급에 의하여 목표 미네랄 농도를 만족할 수 없음을
알 수 있다.
[0074] [계산식 3]
[0075] 0.1*15 + 0.9*0.1 = 1*Ct = 1.59
[0076] 이와 같이, 제1처리수를 최대 유량비율로 공급하더라도 목표 미네랄 농도를 만족할 수 없는 경우이면, 본 발명
에서는 후술하는 바와 같이 제3처리수를 추가적으로 제2처리수에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
[0077] 한편, 상기 S30 단계의 판단결과 제1처리수의 공급으로 목표 미네랄 농도를 만족시킬 수 있는 경우(즉, 상기
Case 1의 경우)이면, 제어부(100)는 취수조(80)의 유량을 측정하고(S40), 상기 유량 측정결과와 제1,2처리수의
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미네랄 농도(즉, 전기전도도)를 이용하여 공급되는 제1처리수의 투입 유량을 계산하게 된다(S50).
즉, 상기 <Case 1>에서 취수조(80)의 유량이 목표 유량인 1㎥/h일 경우 공급되는 [0078] 제1처리수의 유량(Q1)은 아래
[계산식 4]와 같이 구해질 수 있다.
[0079] [계산식 4]
[0080] Q1*100 + (1 - Q1)*0.1 = 1*2 ,
[0081] Q1 = 0.019 ㎥/h
[0082] 반면에, 상기 S40 단계의 판단결과 제1처리수의 공급으로 목표 미네랄 농도를 만족시킬 수 없는 경우(즉, 상기
Case 2의 경우)이면, 제어부(100)는 유로전환밸브(50)를 제어하여 역삼투장치(30)에서 배출되는 농축수가 이온
분리장치(60)로 공급하고 상기 이온분리장치(60)를 동작시켜 제3처리수를 생성한다(S35).
[0083] 상기 S35 단계가 완료되면, 제어부(100)는 제3처리수의 미네랄 농도를 측정하게 된다(S37).
[0084] 또한, 상기 S37 단계가 완료되면 제어부(100)는 취수조(80)의 유량을 측정하고(S45), 상기 유량 측정결과와 제
1,2,3처리수의 미네랄 농도(즉, 전기전도도)를 이용하여 공급되는 제1,3처리수의 투입 유량을 계산하게 된다
(S55).
[0085] 이때, 제1처리수와 제3처리수를 9:1로 혼합할 경우의 미네랄 농도는 아래의 [계산식 5]와 같이 22.5 meq/L로 구
해진다.
[0086] [계산식 5]
[0087] 0.9*15 + 0.1*90 = 22.5 meq/L
[0088] 또한, 상기 <Case 2>에서 취수조(80)의 유량이 목표 유량인 1㎥/h일 경우 공급되는 제1,3처리수의 유량(Q혼합)은
각각 아래 [계산식 5]와 같이 구해질 수 있다.
[0089] [계산식 5]
[0090] Q혼합*22.5 + (1 - Q혼합)*0.1 = 1*2 ,
[0091] Q혼합 = 0.0848 ㎥/h
[0092] 따라서, 상기 계산결과에 의하여 제1처리수와 제3처리수의 유량은 각각 아래의 [계산식 6]과 같이 얻어진다.
[0093] [계산식 6]
[0094] Q1 = 0.0848*0.9 = 0.07632 ㎥/h ,
[0095] Q3 = 0.0848*0.1 = 0.00848 ㎥/h
[0096] 또한, 상기 S50 단계 또는 S55 단계에서 제1처리수 및/또는 제3처리수의 공급 유량이 결정되면, 제어부(100)는
결정된 유량으로 각각의 처리수가 공급되도록 제1,2유량제어밸브(40,70)의 동작을 제어하게 된다.
[0097] 본 실시예에서는 제1처리수와 제3처리수의 공급 유량비율을 각각 제2처리수에 대하여 10%, 제1처리수에 대하여
10% 수준으로 제한하였으나, 이는 필요에 따라 다르게 설정될 수 있음은 물론이다.
[0098] 또한, 본 실시예에서는 상기 이온분리장치(60)가 필요에 따라서만 동작이 이루어지도록 구성하였으나 이에 한정
되지 아니하며, 필요에 따라서는 역삼투장치(30)와 함께 동작되도록 구성할 수도 있음은 물론이다.
[0099] 이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치 및 제어방법은 여과처리를 한
제1처리수와 상기 제1처리수를 역삼투 처리한 제2처리수의 전기전도도를 이용하여 각각의 미네랄 농도를 연산하
고, 그 연산결과에 따라 결정된 유량비율로 제1처리수와 제2처리수를 혼합하여 미네랄워터를 제조하는 방식이기
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때문에 별도의 미네랄 피더를 구비하지 않더라도 미네랄워터의 미네랄 농도를 원하는 목표 수준으로 유지할 수
있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 미네랄워터의 미네랄 농도 제어장치 및 제어방법은 [0100] 상기 제1처리수를 미리 정해진 최대
유량비율로 제2처리수에 혼합하는 경우에도 상기 목표 수준의 미네랄 농도를 만족할 수 없는 경우이면 역삼투
공정에서 배출되는 농축수로부터 분리한 고 이온농도의 제3처리수를 추가적으로 혼입하도록 구성되기 때문에 원
수의 미네랄 농도가 낮은 경우(일예로서, 지층수)에도 제조되는 미네랄워터의 농도를 원하는 수준으로 유지할
수 있는 장점이 있다.
부호의 설명
[0101] 10 : 원수 저장조 20 : 여과장치
30 : 역삼투장치 40 : 제1유량제어밸브
60 : 이온분리장치 70 : 제2유량제어밸브
80 : 취수조 100 : 제어부
120,130,140 : 제1,2,3농도측정장치
150 : 유량 측정장치 160 : 유량 연산모듈
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도면
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도면3
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