JP2019519456A

JP2019519456A - 二酸化炭素発生装置

Info

Publication number: JP2019519456A
Application number: JP2018562263A
Authority: JP
Inventors: キョンキム，ボ
Original assignee: キョンキム，ボ
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: EP3541176A4; US20190126226A1; EP3541176A1; CN108777949A; KR101960023B1; KR20180072513A; JP6777765B2; EP3541176B1

Abstract

一体型二酸化炭素発生装置に係り、酸または酸水溶液が収容され、二酸化炭素ガスが排出されるアウトレット部が設けられた上部容器と、上部容器の下部に位置し、炭酸塩または炭酸塩水溶液が収容される下部容器と、酸または酸水溶液が、上部容器から下部容器に重力によって供給されるように、上部容器の底面に形成された通孔領域と、通孔領域を開閉する外部から操作可能な速度調節弁と、下部容器で発生した二酸化炭素が、上部容器に伝達される通路を形成する圧力平衡及び排出の通路と、を含み、それにより、酸と炭酸塩との中和反応により、二酸化炭素（ＣＯ２）を発生させる簡単な１つの装置である一体型二酸化炭素発生装置により、所望する速度で二酸化炭素を発生させたり、その発生を中止させることもできるという効果を提供する。

Description

本発明は、酸と炭酸塩との中和反応を利用する二酸化炭素発生装置に関する。

二酸化炭素（ＣＯ_２）は、化学製品の生産原料、食品添加剤、炭酸飲料製造、ワイン製造、エアバッグ、植物及び水草の光合性用栄養分のような多様な用途に使用されている。

二酸化炭素を発生させる方法としては、燃焼による方法、発酵反応による方法、及び炭酸塩と酸との中和反応による方法などが知られている。水族館用品、蚊退治用誘引物質発生装置など、実生活に適用される小型の簡単な装置としては、発酵反応による装置と、中和反応による装置とが最も広く使用されている。

まず、該発酵反応により、二酸化炭素（ＣＯ_２）を生成させる装置は、グルコース（または、糖類）やイースト（yeast）などを利用し、二酸化炭素（ＣＯ_２）とエタノールとを発生させる方式を主に取るが、該発酵反応の特性上、初期駆動時間が必要であり、発生を中断させることができなかったり、発生速度を調節したりし難いのである。副産物であるエタノールが、二酸化炭素に含まれる可能性がある。冬季の低温などでは、発生速度が顕著に遅くなってしまう。

該中和反応により、二酸化炭素（ＣＯ_２）を生成させて供給させる装置は、クエン酸溶液と重炭酸ナトリウムとをＡビンとＢビンとに分けて並列に配置させる方式を主に取る。具体的には、ＡビンとＢビンとを小プラスチックホースで連結させ、Ａビンに力を加え、脇のＢビンにＡビンの溶液を伝達させ、初期駆動させる。それにより、Ｂビンにおいては、中和反応が即時に起こり、二酸化炭素（ＣＯ_２）が発生し、発生した二酸化炭素（ＣＯ_２）は、Ｂビンに設置された他の１本のホースを介して自然に排出される。併せて、排出される二酸化炭素ガスは、連続してＡビンの溶液を引っ張るようにし、持続的に二酸化炭素を発生させ、二酸化炭素を供給させる。

該装置は、前記発酵装置での問題点である初期駆動時間が必要なく、温度の影響がほとんどなく、高純度の二酸化炭素を発生させはする。しかし、装置の設置、及び初期駆動が厄介である。発生速度制御が容易ではなく、Ｂビンで生成される過量の二酸化炭素により、Ｂビン内部の圧力が過度に上昇する。Ｂビン内部圧力の過度な上昇は、爆発を誘発してしまう。

それにより、当該技術分野においては、既存の化学二酸化炭素発生装置及び生物学的二酸化炭素発生装置で発生する二酸化炭素（ＣＯ_２）の発生速度制御の困難さ、温度による変数、設置の困難さ、及び圧力の過度な上昇というような問題点を解決するための新たな技術、または装置の開発が要求されている。

大韓民国特許登録公報登録番号第１０−１６１４４０６号「浸透圧を利用した二酸化炭素発生装置及びその方法（Apparatus for Generating Carbon Dioxide using Osmotic Pressure and Method thereof）」大韓民国特許登録公報登録番号第１０−１３３１２４３号「二酸化炭素発生装置（ＣＯ２ Generator）」大韓民国特許公開公報公開番号第１０−２０１４−０１３５０８８号「化学的二酸化炭素ガス発生器（Chemical Carbon Dioxide Gas Generator）」

本発明が解決しようとする課題は、酸と炭酸塩との中和反応により、二酸化炭素（ＣＯ_２）を発生させる装置であって、二酸化炭素の発生速度を制御したり、二酸化炭素の発生を停止させたりする二酸化炭素発生装置を提供することである。

本発明が解決しようとする課題は、また、圧力の過度な上昇を防止することができる二酸化炭素発生装置を提供することである。

本発明が解決しようとする課題は、また、簡便に使用することができる二酸化炭素発生装置を提供することである。

本発明が解決しようとする課題は、また、原料を再充填して持続的に使用することができる二酸化炭素発生装置を提供することである。

本発明の目的は、前述の目的に制限されるものではなく、言及されていない他の目的は、以下の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

前述の目的を達成するために、本発明の実施形態による一体型二酸化炭素発生装置は、酸または酸水溶液が収容され、二酸化炭素ガスが排出されるアウトレット部が設けられた上部容器；上部容器の下部に位置し、炭酸塩または炭酸塩水溶液が収容される下部容器；前記酸または前記酸水溶液が、前記上部容器から前記下部容器に重力によって供給されるように、前記上部容器の底面に形成された通孔領域；前記通孔領域を開閉する外部から操作可能な速度調節弁；及び前記下部容器で発生した二酸化炭素が、前記上部容器に伝達される通路を形成する圧力平衡及び排出の通路；を含む。

前記装置は、上部容器に、前記酸または前記酸水溶液を投入するために、前記上部容器の上端部に開閉可能に形成される上部投入部をさらに含んでもよい。

前記上端部と前記上部投入部との間には、ガス漏れを防止するシーリング部材が介在されもする。

前記アウトレット部は、前記上部投入部にも形成される。

前記速度調節弁は、頭端と、前記頭端から前記下部容器に向けて延長され、下部端が前記通孔領域を開閉する本体と、を具備し、前記速度調節弁を昇降させることにより、前記酸または前記酸水溶液が、前記下部容器に投入される速度を調節したり、それを中断させたりすることができる。

前記速度調節弁の頭端内側には、前記上部容器の上端部に上向き突出した通孔の外側ねじ山に乗って移動するためのねじ溝が形成されてもよい。

前記本体と、前記上部容器の上端部との間には、ガス漏れを防止するシーリング部材が介在されもする。

前記圧力平衡及び排出の通路は、二酸化炭素及びガスだけが動くように、垂直方向の底面端が、前記下部容器の上部領域に形成され、他方上面端が、前記上部容器の上部領域に位置し、前記上部容器と前記下部容器とが連結された垂直型通路としても形成される。

前記上部容器と前記下部容器は、分離可能にも結合される。

前記上部容器が前記下部容器から分離されれば、前記下部容器の上部が開放される。

前記上部容器と前記下部容器との間には、ガス漏れを防止するシーリング部材が介在されもする。

本発明の実施形態による一体型二酸化炭素発生装置は、上部の原料を自然な重力によって下端部に投入させることができ、速度調節弁を置き、所望する速度で原料を投入させたり、中止させたりすることにより、結果として、下端部において、二酸化炭素（ＣＯ_２）を所望する速度及び量で発生させることができ、二酸化炭素（ＣＯ_２）の発生を中止させることもできるという効果を提供する。

本発明の実施形態による一体型二酸化炭素発生装置は、圧力の過度な上昇を防止することができる。

本発明の実施形態による一体型二酸化炭素発生装置は、簡便にも使用される。

本発明の実施形態による一体型二酸化炭素発生装置は、基本として提供された酸と炭酸塩とによる二酸化炭素（ＣＯ_２）の発生が消尽された場合にも、酸と炭酸塩とを再充填し、持続的に再使用することができる。

本発明の実施形態による一体型二酸化炭素発生装置を示す斜視図である。図１の一体型二酸化炭素発生装置を示す正面図である。図１の一体型二酸化炭素発生装置を示す平面図である。図１の一体型二酸化炭素発生装置を示す断面図である。一体型二酸化炭素発生装置の分解状態を示す図面である。一体型二酸化炭素発生装置の分解状態を示す図面である。

以下、本発明の実施形態の詳細な説明は、添付された図面を参照して説明する。下記での本発明の説明において、関連公知の機能または構成に係わる具体的な説明が、本発明の要旨を必要以上に不明確にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

本発明の一実施形態による一体型二酸化炭素発生装置１００は、相互着脱型モジュール、あるいは１つのシステムとしても提供され、小型の観賞用水草水槽、または水草を含む水槽などに必須な二酸化炭素（ＣＯ_２）を簡単であり、安全であり、効率的に発生させるための装置である。

図１は、本発明の実施形態による一体型二酸化炭素発生装置を示す斜視図であり、図２は、図１の一体型二酸化炭素発生装置を示す正面図であり、図３は、図１の一体型二酸化炭素発生装置を示す平面図であり、図４は、図１の一体型二酸化炭素発生装置を示す断面図であり、図５及び図６は、一体型二酸化炭素発生装置１００の分解状態を示す図面である。

図１ないし図６を参照すれば、該一体型二酸化炭素発生装置１００は、上部容器１００ａ及び下部容器１００ｂを具備する。上部容器１００ａと下部容器１００ｂは、通孔領域１５２によって互いに連通される。上部容器１００ａには、上部投入部１１０、速度調節部１２０、二酸化炭素アウトレット部１３０、圧力平衡及び排出の通路１５０、開閉部１６０が形成され、下部容器１００ｂには、スタンディング部１７０が形成される。上部容器１００ａには、酸または酸水溶液が収容される。下部容器１００ｂには、炭酸塩または炭酸塩水溶液が収容される。

上部投入部１１０は、上部容器１００ａに、前記酸または前記酸水溶液を投入するために、上部容器１００ａの上端部１４０に開閉自在に形成される。例えば、上部投入部１１０は、上端部１４０に、回転式に開閉自在な栓形態にも形成される。上端部１４０と上部投入部１１０との間には、ガス漏れを防止するシーリング部材ｐ２が介在されもする。シーリング部材ｐ２は、例えば、シーリングラバーでもある。

速度調節弁１２０は、通孔領域１５２を開閉する。速度調節弁１２０は、通孔領域１５２の開放程度を調節することができる。速度調節弁１２０は、外部から操作可能である。速度調節弁１２０は、例えば、ニードル弁形態にも具現される。一例として、速度調節弁１２０は、頭端１２１と、そこから延長された本体１２２と、を具備することができる。速度調節弁１２０は、上部投入部１１０から投入され、上部容器１００ａに位置する溶液が、下部容器１００ｂに降りていく速度を調節したり、それを中断させたりする。速度調節弁１２０は、例えば、ニードルのような形状であり、頭端１２１が円筒形にも形成される。速度調節弁１２０の頭端１２１の内側には、上部容器１００ａの上端部１４０の中央に上向き突出した通孔の外側ねじ山１４１に乗って移動するためのねじ溝１２１ａが形成されてもよい。本体１２２と、上部容器１００ａの上端部１４０との間には、ガス漏れを防止するシーリング部材ｐ１が介在されもする。シーリング部材ｐ１は、例えば、シーリングラバーでもある。

一方、速度調節弁１２０の頭端１２１下部に形成された本体１２２のうち下部端１２２ｅは、上部容器１００ａの底面の下部に突出し、下部容器１００ｂ側に向かう通孔領域１５２を開閉する役割を行う。

それにより、外部で操作し、速度調節弁１２０を回転させることにより、速度調節弁１２０を昇降させることができ、通孔領域１５２の開閉、及び開放程度の調節が可能である。

ここで、上部容器１００ａの上端部１４０中央に形成された速度調節弁１２０を中心に側面に偏心され、上部投入部１１０及び二酸化炭素アウトレット部１３０が形成される。図面においては、二酸化炭素アウトレット部１３０が、上部投入部１１０を貫通するように形成されているが、二酸化炭素アウトレット部１３０は、上部投入部１１０とは別個に、上部面を貫通して形成されもし、別途のキャップとしても構成される。

圧力平衡及び排出の通路１５０は、下部容器１００ｂで発生した二酸化炭素（ＣＯ_２）の上部容器１００ａへの移動通路であり、上部容器１００ａ及び下部容器１００ｂの圧力平衡通路に該当し、垂直方向の一方端が、下部容器１００ｂの上部領域に形成され、他方端が、上部容器１００ａの上部領域に形成され、上部容器１００ａと下部容器１００ｂとが連結された垂直型通路状に設計される。

図１ないし図６に図示されたように、圧力平衡及び排出の通路１５０は、上部容器１００ａまたは下部容器１００ｂと分離された別途のベース１５１上で形成されるか、あるいはそれと異なり、上部容器１００ａの底面と一体型にも形成される。

また、圧力平衡及び排出の通路１５０は、図示されているように、上部容器１００ａの底面のうち、速度調節弁１２０の本体１２２の下部端１２２ｅが位置するところと隣接するように、中心に位置するか、あるいは他の実施形態として、端に位置することも可能である。

また、上部容器１００ａの下端に、別途のベース１５１を精密に内側に嵌めこむか、あるいは多様な接着方法及び融着方法を利用して接合させることにより、上部の酸または酸水溶液が、所望しないように、下部容器１００ｂに降りていくことを防止することができる。

開閉部１６０は、上部容器１００ａと下部容器１００ｂとを分離可能に結合させる。開閉部１６０は、下部容器１００ｂ内部に原料を投入するように、下部容器１００ｂの上部を開放する機能を提供する。一例として、開閉部１６０は、上部容器１００ａの下部端外側に形成され、下部容器１００ｂの上端内側に形成された対称形ねじ山１０１と噛み合うねじ山１６１の形態にも具現される。そのような構成によれば、上部容器１００ａを一方向で回転させ、上部容器１００ａを下部容器１００ｂから分離することができる。このとき、開放された下部容器１００ｂの上部を介して、原料、例えば、炭酸塩を下部容器１００ｂに投入することができる。その後、上部容器１００ａを反対方向に回転させ、上部容器１００ａを下部容器１００ｂに結合させることができる。開閉部１６０には、ガス漏れを防止するシーリング部材ｐ３が設けられる。シーリング部材ｐ３は、例えば、上部容器１００ａと下部容器１００ｂとの間に介在される。シーリング部材１００ｂは、例えば、シーリングラバーでもある。

スタンディング部１７０は、下部容器１００ｂの平板形態の底面であり、倒れないように、追加して下部に形成された装置である。

そのような構成要素を有する一体型二酸化炭素発生装置１００による二酸化炭素発生機能について説明する。

上部容器１００ａに、酸または酸水溶液を、下部容器１００ｂに、炭酸塩または炭酸塩水溶液を投入した後、ニードル弁タイプの速度調節弁１２０を利用し、上部容器１００ａの底面、例えば、ベース１５１に設けられた通孔領域１５２を開放する。例えば、速度調節弁１２０を、上方に移動させる方向に回転させ、通孔領域１５２を開放することができる。速度調節弁１２０の回転程度により、通孔領域１５２の開放程度が調節される。重力により、上部容器１００ａ内部の酸または酸溶液が通孔領域１５２を通過し、下部容器１００ｂに自然に落ちる。下部容器１００ｂ内において、酸または酸溶液と、炭酸塩または炭酸塩水溶液との中和反応が起きながら、二酸化炭素ガス（ＣＯ_２ gas）が発生する。該二酸化炭素ガスは、圧力平衡及び排出の通路１５０に形成された通路管を経て上部容器１００ａに移動し、二酸化炭素アウトレット部１３０を介して、外部に排出される。圧力平衡及び排出の通路１５０により、上部容器１００ａと下部容器１００ｂとの間に圧力平衡がなされ、上部容器１００ａが、二酸化炭素アウトレット部１３０を介して外部と連通されているので、下部容器１００ｂ内部の過度な圧力上昇が防止される。従って、過度な圧力上昇による爆発が防止される。酸または酸水溶液は、重力により、自然に上部容器１００ａから下部容器１００ｂに供給される。速度調節弁１２０を利用し、通孔領域１５２の開放程度を調節することにより、酸または酸溶液の下部容器１００ｂへの投入量を調節したり、それを中止させたりすることができ、結果として、二酸化炭素の発生量を調節することができる。

本実施形態の一体型二酸化炭素発生装置１００は、酸と炭酸塩との中和反応によって二酸化炭素を発生させる一般的な化学的二酸化炭素装置と同一化学的原理で作動する。

しかし、本実施形態の一体型二酸化炭素発生装置１００は、一般的な装置とは異なり、上部容器１００ａと下部容器１００ｂとが相互分離可能に結合され、１つの一体型によってなる装置として簡単に構成され、中和反応の速度を調節したり中止させたりすることができるという長所がある。

そのように、１つの一体型装置に構成されるにもかかわらず、本実施形態の一体型二酸化炭素発生装置１００は、圧力平衡及び排出の通路１５０を活用することにより、重力と空気圧との原理を利用し、安全であって簡便に作動することができる。

すなわち、酸または酸水溶液を上部容器１００ａに入れ、下部容器１００ｂに、炭酸塩または炭酸塩水溶液を入れた後、上部容器１００ａと下部容器１００ｂとを開閉部１６０を利用して結合させれば、上部容器１００ａの底面から、直交する上向き方向に、上部容器１００ａの上部面と近接する位置まで形成される連結通路である圧力平衡及び排出の通路１５０により、上部容器１００ａと下部容器１００ｂとの内部の空気圧が平衡になる。

それにより、速度調節弁１２０を利用して通孔領域１５２を開けば、自然に、重力によって一定速度で、上部容器１００ａにあった酸または酸水溶液が、下部容器１００ｂに投入される。同時に、上部容器１００ａの上端部１４０の中心部に突出形態に形成される速度調節弁１２０は、外部から微細に開閉を調節することができるので、ユーザが、簡便に所望する量ほど流量調節を行うことができるようにし、所望する速度で、二酸化炭素（ＣＯ_２）が発生する。

結果として、ユーザは、簡単な１つの装置である一体型二酸化炭素発生装置１００により、簡便に所望する量ほど直ちに二酸化炭素（ＣＯ_２）を発生させたり、それを中止させたりすることもできる。

併せて、本実施形態の一体型二酸化炭素発生装置１００は、上部容器１００ａと下部容器１００ｂとが開閉部１６０によって分離可能にも結合される。従って、基本的に提供された酸と炭酸塩とによる二酸化炭素（ＣＯ_２）の発生量が消尽された場合にも、上部容器１００ａ及び／または下部容器１００ｂを新たなもので交替したり、上部容器１００ａ及び／または下部容器１００ｂの内部に、酸及び／または炭酸塩を再充填したりすることにより、一体型二酸化炭素発生装置１００を持続的に再使用することができる。

併せて、上部容器１００ａに投入する酸としては、硫酸、塩酸、臭酸、酢酸、クエン酸などがある。一例として、一般人が容易に購入することができ、固体として安全に流通し、弱酸であるクエン酸（citric acid）が適切でもある。下部容器１００ｂに入る炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸カルシウムなどがある。一例として、一般人が容易に購入することができ、安全に流通し、最も廉価な重炭酸ナトリウム（sodium bicarbonate）（ベーキングソーダ）が適切でもある。

総合的には、本発明での一体型二酸化炭素発生装置１００は、簡便に求めることができるクエン酸（citric acid）と重炭酸ナトリウム（sodium bicarbonate）とを使用し、廉価で、高純度の二酸化炭素（ＣＯ_２）を、所望する速度及び量で発生させることができる画期的であり、安全な新たな二酸化炭素発生装置システムであると言うことができる。

なお、クエン酸とベーキングソーダとの中和反応は、下記［化学式１］の通りである。

上部容器１００ａの酸または酸水溶液が、下部容器１００ｂの炭酸塩または炭酸塩水溶液に投入されるために、上部容器１００ａと下部容器１００ｂとの内部体積比は、１．０：１．０ないし３．５に形成されることが望ましい。

図面に図示されていないが、上部容器１００ａの上端部１４０には、内部圧力が、許容可能な値を超す場合、自ら開かれる圧力排出装置が設けられもする。

また、図面に図示されていないが、上部容器１００ａ内部の圧力を確認することができる圧力計が、例えば、上部容器１００ａの上端部１４０にも設けられる。

前述の実施形態においては、上部容器１００ａに、酸または酸水溶液が、下部容器１００ｂに、炭酸塩または炭酸塩水溶液が収容されるが、上部容器１００ａに、炭酸塩または炭酸塩水溶液が、下部容器１００ｂに、酸または酸水溶液が収容されもする。

下部容器１００ｂに、酸と炭酸塩とが共に収容され、上部容器１００ａに水が収容されもする。速度調節弁１２０を利用し、上部容器１００ａから下部容器１００ｂへの水の供給速度を調節することにより、二酸化炭素発生速度を調節したり、それを中止させたりすることができる。

以上のように、本明細書及び図面には、本発明の望ましい実施形態について開示されており、たとえ特定用語が使用されるにしても、それらは、単に本発明の記述内容を容易に説明し、発明理解の一助とするための一般的な意味に使用されたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。そのために、開示された実施形態以外にも、本発明の技術的思想に基づいた他の変形例が実施可能であるということは、本発明が属する技術分野で当業者に自明であろう。

Claims

酸または酸水溶液が収容され、二酸化炭素ガスが排出されるアウトレット部が設けられた上部容器と、
上部容器の下部に位置し、炭酸塩または炭酸塩水溶液が収容される下部容器と、
前記酸または前記酸水溶液が、前記上部容器から前記下部容器に、重力によって供給されるように、前記上部容器の底面に形成された通孔領域と、
前記通孔領域を開閉する外部から操作可能な速度調節弁と、
前記下部容器で発生した二酸化炭素が、前記上部容器に伝達される通路を形成する圧力平衡及び排出の通路と、を含む一体型二酸化炭素発生装置。
前記上部容器に、前記酸または前記酸水溶液を投入するために、前記上部容器の上端部に、開閉自在に形成される上部投入部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の一体型二酸化炭素発生装置。
前記上端部と前記上部投入部との間には、ガス漏れを防止するシーリング部材が介在されることを特徴とする請求項２に記載の一体型二酸化炭素発生装置。
前記アウトレット部は、前記上部投入部に形成されることを特徴とする請求項２に記載の一体型二酸化炭素発生装置。
前記速度調節弁は、頭端と、前記頭端から前記下部容器に向けて延長され、下部端が、前記通孔領域を開閉する本体と、を具備し、
前記速度調節弁を昇降させることにより、前記酸または前記酸水溶液が、前記下部容器に投入される速度を調節したり、それを中断させたりすることを特徴とする請求項１に記載の一体型二酸化炭素発生装置。
前記速度調節弁の頭端内側には、前記上部容器の上端部に上向き突出した通孔の外側ねじ山に乗って移動するためのねじ溝が形成されたことを特徴とする請求項５に記載の一体型二酸化炭素発生装置。
前記本体と、前記上部容器の上端部との間には、ガス漏れを防止するシーリング部材が介在されることを特徴とする請求項６に記載の一体型二酸化炭素発生装置。
前記圧力平衡及び排出の通路は、二酸化炭素及びガスだけが動くように、垂直方向の底面端が、前記下部容器の上部領域に形成され、他方上面端が、前記上部容器の上部領域に位置し、前記上部容器と前記下部容器とが連結された垂直型通路に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の一体型二酸化炭素発生装置。
前記上部容器と前記下部容器は、分離可能に結合されたことを特徴とする請求項１に記載の一体型二酸化炭素発生装置。
前記上部容器が前記下部容器から分離されれば、前記下部容器の上部が開放されることを特徴とする請求項９に記載の一体型二酸化炭素発生装置。
前記上部容器と前記下部容器との間には、ガス漏れを防止するシーリング部材が介在されることを特徴とする請求項９に記載の一体型二酸化炭素発生装置。