KR100989177B1 - 용기내부에 미리 충전된 충전가스의 팽창력으로 음료수를 배출하는 음료수 용기, 이를 포함하는 음료수 배출 시스템 및 음료 충전 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음료수 용기 내부에 미리 충전된 압축가스의 팽창력에 의해 음료수가 배출되는 음료수 용기, 이를 포함하는 음료수배출 시스템 및 음료 충전 방법에 관한 것으로서, 음료수가 충전가스와의 접촉을 통해 변질되는 것을 최소화할 수 있는 차단막을 음료수 용기 내부에 구비한다.

Description

용기내부에 미리 충전된 충전가스의 팽창력으로 음료수를 배출하는 음료수 용기, 이를 포함하는 음료수 배출 시스템 및 음료 충전 방법{Beverage container, discharging system with the expansion force of the pre-filled gas, and method of charging beverage}

본 발명은 용기 내부에 미리 충전된 충전가스의 팽창력으로 음료수를 배출시키는 음료수 저장 용기 및 음료수 배출 시스템에 관한 것으로, 음료수와 가스와의 접촉을 최소화하여 음료수의 변질을 방지하는 음료수 용기, 음료수 배출 시스템 및 음료 충전 방법에 관한 것이다.

일정한 음료수를 담은 통상의 용기에서 그 음료수를 배출시키는 방법은 여러 가지가 있다. 첫째 용기의 음료수 주입배출구를 음료수의 표면보다 낮게 하여 일정량을 따르는 방법이다. 이 때 용기의 내부와 용기 외부의 기압이 동일하게 작용하기 위해서는 용기의 음료수 주입배출구를 통해 음료수가 배출되는 것과 동시에, 그리고 그 배출되는 음료수 체적과 동일한 체적의 공기가 유입되어야 한다. 둘째 밀폐된 용기의 외부에서 압축된 탄산가스(CO2) 혹은 질소가스(N2)를 용기 내부로 주입하여, 음료수가 일정한 비율로 가스와 혼합되어 배출되도록 하는 시스템이 있다. 셋째 진공 펌프를 이용하여 음료수를 배출시키는 시스템도 있다. 넷째 용기 내부에서 음료수와 기체를 각각 분리시키는 공간을 두고 각각의 공간에 음료수 혹은 기체를 담는 예컨대 고무와 같은 신축적 재질의 백을 위치시키고, 그 하나에는 압축공기를, 그리고 다른 하나에는 음료수를 충전하여, 압축공기가 팽창하는 힘에 의해 기체를 담은 백이 팽창하고, 이 백이 음료수를 담은 백을 눌러 그 속에 있던 음료수를 토출하게 하는 방법도 있다. 다섯째 음료수 용기 내부의 압축 기체와 음료수 사이에 피스톤을 위치시키고, 압축 기체의 팽창압력이 그 피스톤을 움직이게 하여 음료수를 토출시키는 방법도 있다.

이러한 종래의 음료수 배출 시스템은 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.

첫 번째 방법은 내용물을 배출시키는 과정에서 추출되는 내용물의 부피만큼의 공기가 배출되는 입구를 통해 유입된다. 따라서 이 용기의 내용물을 1회에 전량을 배출시키지 않고 수회에 걸쳐, 상당한 시차를 두고, 소량씩 배출시킨다면, 용기에 남아 있는 내용물은 그 일부를 배출시키는 과정에서 용기 내부로 유입된 공기와 지속적으로 접촉하게 된다. 그 결과 공기와 함께 유입된 미생물이 적당한 온도와 물, 그리고 공기가 있는 조건에서 급속도로 번식할 수 있다. 그로 인해서 일단 개봉된 후 공기와 접촉된 음료수 용기는 세균배양기와 같은 작용을 하게 되어 음료수 용기에 남아 있는 내용물은 오염된 음료수로 변질될 수 있다.

두 번째 방법은 주로 맥주를 따르는 용도로 사용되는 것으로서, 맥주라는 음료수와 탄산가스나 질소가 일정한 비율로 혼합되어 토출되게 하는 시스템이다. 이 시스템에서는 압축가스가 음료수를 배출시키는 단순한 수단으로 사용되는 것이 아니라 오히려 음료수에 혼합되어 함께 배출되게 하는 것을 목적으로 하는 시스템이다. 이 방법은 매우 복잡한 장치를 필요로 한다. 즉, 고압의 가스 통(Cylinder), 특별한 엑스트렉터 튜브, 디스펜스 헤드 등을 불가분의 일부로 비치해야 한다. 이 방법은 실린더를 디스펜스 통(Kit)의 내부 혹은 그 주변에 비치하여야 하는데, 만약 기체를 고압으로 충전한다면 실린더의 크기는 줄일 수 있으나 안전상의 문제를 유발할 수 있고, 저압으로 충전한다면 실린더가 커져야 할 것이다. 또한 만약 이 실린더를 설치하지 않는다면 별도의 콤프레샤를 두어야 하는데, 이것 또한 공간을 차지하고 소음을 일으키게 되므로 여러 가지 불편함이 있다. 특히 공간도 협소하고 소음발생을　피해야 하고, 무엇보다 안전성이 확실하게 보장되어야 하는 가정의 실내, 소규모 병원이나 업소에 이 디스펜스 시스템을 설치하고 사용해야 한다면, 실린더나 혹은 콤프레샤가 유발하는 문제들은 결코 작은 것들이 아닐 것이다.　그러나 이 방법은 배출 시스템(dispensing system)이란 명칭은 동일하나 본 발명하고는 그 목적과 사용하는 용도가 서로 상이하기 때문에 본 발명과는 무관하다.

세 번째 방법, 즉 진공펌프를 이용하거나 압축펌프(통상의 에어 콤프레샤)를 이용하는 방법은, 전자는 진공펌프라는 특수 펌프와 특별한 디스크를 용기 내부에 장착해야 하고, 후자의 펌프를 사용할 경우에는 배출되는 음료수의 부피만큼의 외부의 공기가 용기내부로 들어가야 하기 때문에 첫 번째의 문제점으로 환원된다.　

네 번째 방법과 다섯 번째 방법은 공히 신축적인 고무재질의 백이나 혹은 피스톤을 용기 내부에 설치하기 위해서 우선 용기의 상단 혹은 하단을 분리.결합할 수 있도록 용기가 제작되고, 제작 시에 이 뚜껑을 열고 백이나 피스톤을 설치하고, 뚜껑을 결합하는 공정이 필요하다. 고무 백이나 피스톤을 용기 내부에 설치하는 이 공정도 결코 무시할 수 없는 비용을 발생시킬 것이다. 그리고 바로 이 개폐 부분에서 고압가스가 유출되는 것을 방지하기 위해서 특수한 밀봉 장치가 필요할 것이다. 또한 만약 고무 백에 음료수를 충전한다면 고무 백의 내면과 음료수가 접하는 면적이 크기 때문에 음료수가 고무와 반응할 가능성이 있을 수 있다는 새로운 문제가 발생한다. 또한 피스톤을 설치할 경우, 특수 고무 재질의 오링이 피스톤의 외주면에 부착되어야 하는 데, 만약 이 오링이 파손되어 피스톤의 외주면을 통해 음료수의 일부가 피스톤 상부로 올라가게 되면, 이 음료수를 제거하기 위해서는 용기 전체를 분해하여야 하는 번거로움이 발생할 소지가 크다.

이러한 제 문제를 사전에 방지하기 위하여, 본 발명은 음료수 용기의 내부에서 음료수와 기체가 서로 접촉하는 면적을 최소화하여 양자 사이의 화학적, 물리적 작용이 일어나는 것을 최소화하고, 용기 내부로 외부의 공기가 유입되어 음료수가 오염. 변질되는 것을 방지하여, 음료수를 장기간 보존하면서 최초 주입된 음료수의 맛 그대로를 유지할 수 있도록 한 음료수 용기, 음료수 배출 시스템 및 음료 충전 방법에 관한 것이다

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 음료수 용기는, 음료의 주입 및 배출을 위한 음료 주입배출구가 형성된 하부 면과, 상기 하부 면과 대향하고 충전가스의 주입을 위한 충전가스 주입구가 형성된 상부 면과, 상기 하부 면과 상기 상부 면을 연결하여 수납공간을 형성하는 측면을 포함하는 용기로서, 상기 음료 주입배출구 및 상기 충전가스 주입구를 제외하고 완전히 밀폐되며, 상기 음료 주입배출구를 통해 주입된 음료와 상기 충전가스 주입구를 통해 주입된 충전가스를 차단하는 기능을 하는, 상기 용기의 단면과 동일한 형상을 갖고 상기 음료 주입배출구를 통해 상기 용기 내부로 말려져 삽입되고, 삽입된 후 상기 용기의 단면의 형상으로 다시 복원되어, 하부에는 음료수 및 상부에는 충전가스의 사이에서 상기 음료수와 충전가스를 분리하는 차단막을 포함한다.

본 발명의 다른 면에 따른 음료수 배출 시스템은 음료수 용기와, 음료수 용기로부터 배출되는 음료수를 냉각하거나 또는 가열하는 냉각 및 가열장치 및 상기 음료수 용기 및 상기 냉각 및 가열장치를 수용하는 하우징을 포함한다.

본 발명의 또 다른 면에 따른 음료 충전 방법은, 음료의 주입 및 배출을 위한 음료 주입배출구가 형성된 하부 면과, 상기 하부 면과 대향하고 충전가스의 주입을 위한 충전가스 주입구가 형성된 상부 면과, 상기 하부 면과 상기 상부 면을 연결하여 수납공간을 형성하는 측면을 포함하며, 상기 음료 주입배출구 및 상기 충전가스 주입구를 제외하고 완전히 밀폐되며, 내부에 차단막이 삽입된 용기 내부에, 상기 음료 주입배출구를 통해 음료를 충전시키는 단계 및 상기 음료 주입배출구를 닫고, 상기 충전가스 주입구를 통해 상기 충전가스를 주입하는 단계를 포함하되, 상기 차단막은 상기 음료 주입배출구를 통해 상기 용기 내부로 말려져 삽입되고, 삽입 후 상기 용기의 단면의 형상으로 다시 복원되며, 하부에는 음료수 및 상부에는 충전가스로 상기 음료수와 충전가스를 분리하는 것이다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 제작 및 설치작업이 간편하고, 용기의 내부로 이물질이나 외부의 공기가 유입되는 것을 차단하여 내용물을 장기간 보관하면서 최초 주입한 상태 그대로의 음료수의 맛을 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 음료수 용기의 세척작업이 간편하고, 높은 수준의 위생 상태를 유지하게 한다.

또한 본 발명은 내용물을 배출하기 위한 별도의 펌프나 압축가스 통을 필요로 하지 않음으로써, 안전성을 제고하고, 소음 발생에 대한 걱정이 없으며, 설치 공간을 최소화시키는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 용기의 내부에 용기와 일체로 내장되는 고가의 추출 시스템(Dispensing　Head, Extractor Tube System)을 필요로 하지 않아 시스템 전체의 제조 원가를 현저하게 낮출 수 있게 한다.

본 발명은 용기를 배출장치에 위치시키기 위해 용기를 높은 위치까지 들어 올리거나 거꾸로 놓아야 할 필요가 없게 해 준다.

본 발명은 내용물을 담는 별도의 백(pack and/or bag)이나 피스톤을 용기의 내부에 설치하기 위해 용기의 상단이나 하단에 용기 전체를 개폐할 수 있는 뚜껑과 이 뚜껑을 밀봉하는 장치를 필요로 하지 않아 제작 조립상의 번거로움과 노력 및 비용을 절감할 수 있게 한다.

본 발명은 통상의 냉온수기나 정수기에 일반적이고 보편적으로 내장시키는 저류조(storage tank)를 배제시킴으로써 생수나 기타 음료수가 이를 통과하면서 오염되는 가능성을 원천적으로 차단한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 음료수 배출 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 음료수 용기를 나타내는 사시도이다.
도 3은 용기를 AA를 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 차단막의 사시도이다.
도 5는 차단막이 말려진 형상을 나타내는 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

이하에서 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 음료수 용기 및 이를 포함하는 음료수 배출 시스템에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 음료수 배출 시스템을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 음료수 용기를 나타내는 사시도이다.

먼저 도 1을 참조하면, 음료수 배출 시스템(10)은 음료수 용기(100)와, 냉각 및 가열장치(refrigerating & heating units)(200) 및 이들을 수납하는 하우징(300)을 포함한다. 음료수 용기(100)는 음료수(L)와 기체(G)를 수용할 수 있는 원기둥 형상으로 제작되어, 음료수(L)와 기체(G)를 수용하며, 수용된 음료수(L)와 기체(G)를 분리하는 차단막(120)을 내부에 구비한다. 여기서 차단막(120)은 수용된 음료수(L)의 표면에 밀착되어 음료수 용기(100)의 내부에서 음료수(L)와 기체(G)를 차단하고 있다.

음료수 용기(100)는 금속재로 이루어질 수 있는데, 바람직하게는 스테인리스 재질로 제작될 수 있으며, 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 음료수 용기(100)가 고압을 견딜 수 잇는 플라스틱 재질 또는 그 이외의 재질로 이루질 수 있음은 물론이다.

이러한 음료수 용기(100)는, 음료(L)와 충전가스(G)를 수용하는 용기와, 용기 내부에서 음료(L)와 충전가스(G)를 분리하는 차단막(120)을 포함한다.

구체적으로 용기는, 음료의 주입 및 배출을 위한 음료 주입배출구(180)가 형성된 하부 면(170)과, 하부 면(170)과 대향하고 충전가스(G)의 주입을 위한 충전가스 주입구(140)가 형성된 상부 면(150)과, 하부 면(170)과 상부 면(150)을 연결하여 수납공간을 형성하는 측면(190)을 포함한다. 이러한 용기는 음료 주입배출구(180) 및 충전가스 주입구(140)를 제외하고 완전히 밀폐된다. 예컨대 상부 면(150)과 하부 면(170)이 원통의 측면(190)에 용접되어 음료 주입배출구(180) 및 충전가스 주입구(140)를 제외하고 완전히 밀봉된 원기둥 형상을 하고 있다.

그리고 용기의 내부에는 음료 주입배출구(180)를 통해 들어가 용기 내부에 위치하게 되는 차단막(120)이 설치되어 있다. 이 차단막(120)은, 용기 내부에 충전가스(G)와 음료수(L)가 각각 충전되면, 음료수(L)의 표면에 밀착하여 상하로 움직이고, 음료수(L)와 충전가스(G)간의 접촉면적을 최소화한다. 이 차단막(120)은 음료수(L)와 충전가스(G)를 엄밀한 의미에서의 완전히 차단하는 것은 아니고, 음료수(L)와 충전가스(G) 표면의 거의 대부분을 차단한다. 이렇게 하여 음료수(L)와 충전가스(G)가 서로 직접적으로 접촉하거나 이 접촉에 의해 서로 화학적 반응이 일어나는 것을 최소화 한다. 이 차단막(120)의 표면은 음료수에 용해되지 않고, 음료수와 화학적 반응을 하지 않는 재질의 것으로 한다. 이 차단막(120)의 가장자리와 용기의 내면 사이에는 약간의 공간이 있다. 이점에서 디스크나 피스톤처럼 그 가장자리를 특정한 씰링 자재로 완전하게 차단하는 것과는 다르다. 이 원반형 차단막(120)의 지름은 용기 내면의 지름보다 약간 작아 차단막의 외주연과 용기 내벽 사이에는 어느정도의 공간이 있을 수 있다. 이 원반형 차단막(120)의 표면에는 공기가 들어 있는 예컨대 음료수 빨대같은 가는 관(pipe or tube)이 평행 및 좌우 대칭이 이루어지도록 부착되어 있다. 이 차단막(120)은 자연 상태에서는 평면으로 펼쳐져 있으며, 사람이 손으로 관 형태로 말면 말려지고 손을 놓으면 다시 평면으로 펼쳐지는 예컨대 PE 같은 재질의, 두께가 1-2/10mm 정도의 얇은 막이다. 따라서 이 차단막(120)은 용기 내부에서, 용기가 수직으로 서 있는 한 반드시 음료수의 상부 표면에 밀착하여 수평으로 펼쳐진 본래의 형상을 유지할 수 있다.

이러한 음료수 용기(100)는 상면(150)과 하면(170)이 원통과 완전한 일체로 용접되어 있어 용기를 절단하지 않고는 용기 자체를 분해할 수 없게 되어 있다. 이 용기(100)의 상면(150)에는 충전가스(G)를 주입하기 위한 충전가스 주입구(140)가 형성되어 있고, 반대면(170)에는 음료수(L)를 주입배출하기 위한 음료 주입배출구(180)가 형성되어 있다. 여기서 충전가스 주입구(140)는 음료수 용기(100) 외부에서 내부로 충전가스(G)를 주입하는 방향으로만 열리는 일방향 밸브(one way valve 또는 check valve)(160)가 부착될 수 있다. 충전된 충전가스(G)는 일방향 밸브(160)에 의해 주입구(140)를 통해 외부로 배출되지 않으므로, 충전가스(G)의 압력에 의해 음료수(L)가 주입배출구(180)를 통해 배출될 수 있다.

음료수(L)가 충전가스(G)에 의한 압력에 따라 배출될 때, 차단막(120)은 음료수(L)의 표면에 밀착된 상태로 이동한다.

구체적으로, 차단막(120)은 음료수 용기(100)의 단면과 동일한 형상으로 구비되어 음료수 용기(100)의 내부로 도 5에 예시한 형태, 즉 관 형상으로 말아서 용기(100)의 음료 주입배출구(180)를 통해 밀어 넣어서 용기(100)의 내부로 들어간다. 이렇게 용기(100) 내부로 들어간 차단막(120)은 저면에 펼쳐진 상태로 위치하게 된다. 그 이유는 차단막(120) 자체가 탄력성이 있는 PE 등의 재질로 이루어졌기 때문에 관 형상으로 말려서 용기(100) 내부로 들어 가, 마는 힘이 소멸하는 순간 도 4에서와 같은 본래의 평면형상을 회복할 것이며, 차단막(120)의 직경이 용기(100) 내부의 직경보다는 약간 작기 때문에, 정태상태에서 용기(100)의 내벽에 걸려 있을 수 없기 때문이다. 또한 차단막(120)은 표면에는 에어관(121, 122, 123)이 좌우 대칭으로 평행하게 부착되어 있다. 따라서 차단막(120) 자체는 평면상으로는 좌우 대칭의 원반형이지만 상하가 반드시 대칭적이지는 않아도 된다. 즉, 에어관들(121-123)이 어느 한 면에만 부착되어도 무관하다. 이 에어 관들의 양 끝은 밀봉되어 있다. 또한 차단막(120)의 직경이 용기 내벽의 직경보다 작고, 용기 내면과 동일한 원형을 갖기 때문에 차단막(120)은 수평적 평형을 유지하면서 음료수 용기 내부에 위치한다. 동태 상태, 즉 용기 내부에 압력이 있고, 음료수가 배출되는 상황에서도 이 차단막(120)은 음료수의 상부 표면에 밀착되어 떠서 있게 된다. 즉, 어떤 경우에도 차단막은 음료수 내부에 잠겨 위치하지 않으며, 차단막(120)의 상당 부분이 음료수 용기의 내벽에 붙어 있거나 측면에서 보면 사선으로 보이게 위치할 수 없다.

이러한 차단막(120)은, 충전가스(G)의 팽창 압력에 의해, 음료수(L)가 배출되어 음료수(L)의 표면 높이가 낮아짐에 따라, 음료수(L)의 표면에 밀착된 상태로 아래로 이동하게 된다. 이러한 차단막(120)의 용기내부에의 설치, 형상 및 기능에 대한 구체적인 설명은 도 2 내지 도 5를 참조하여 후술한다.

한편, 음료 주입배출구(180)는 배출 호스(예컨대 튜브)(210)를 통해 냉각 및 가열장치(refrigerating & heating units)(200)와 연결된다.

냉각 및 가열장치(200)는 주입배출구(180) 및 배출 호스(210)을 통해 배출된 음료수(L)를 냉각시키는 냉각기(230)와, 가열하는 가열기(240)를 포함할 수 있다. 따라서 차가운 음료수(L)와 뜨거운 음료수(L)를 제공할 수 있다. 이러한 음료수 용기(100)는 하우징(300) 내부에 직립(standing)시키고, 음료수 용기(100) 하부의 주입배출구(180)는 배출 호스(270)와 결합시키도록 되어있다.

음료수 용기(100)의 상부 및 하부의 외주연에는 이동시 외부의 충격으로부터 음료수 용기(100)를 보호할 수 있도록 보호링을 둘 수도 있으며, 이 보호링의 양측면에는 손잡이를 형성하여 이동이 간편하도록 할 수도 있다.　

이러한 음료수 배출 시스템(10)에 의하면, 음료수(L)가 외부 공기 및 이물질과 접촉하지 않으므로, 외부 공기 및 이물질과의 접촉에 의해 발생될 수 있는 음료수(L)의 오염 문제를 해결할 수 있다.

이하에서 이러한 음료수 용기(100)에 음료수(L)를 충전하는 방법에 대해 설명하면서, 음료수(L)가 외부 공기와 접촉하지 않고, 이물질이 유입되지 않는 이유를 설명한다.

먼저 내부에 차단막(120)이 구비된 음료수 용기(100)를 준비한다. 음료수 용기(100)가 최초 제작된 상태에서는 음료수 용기(100)의 내부에는 특별한 압력을 갖지 않는 공기, 예컨대 대기압 상태의 공기가 들어있을 것이다.

그리고 기체주입구(140)를 개방한 상태에서 하부에 위치한 음료수 주입배출구(180)로 음료수(L)를 음료수 용기(100)가 수용할 수 있는 만큼 계속 주입하면, 차단막(120)은 용기의 최상단에 밀착되고 초기에 자연적으로 음료수 용기(100) 내부를 채우고 있던 공기는 완전 배출된다. 음료수(L)를 용기에 가득 주입한 후, 음료수 용기(100)의 하부에 위치한 주입배출구(180)를 배출 호스(210)와 연결시켜 음료수(L)의 배출이 가능하게 한 후, 상부의 기체주입구(140)를 통해 특정한 기체(예컨대, 질소 가스)를 압축가스 통(cylinder)으로부터 서서히 주입하면, 음료수(L)가 배출되는 부피만큼의 충전가스(G)가 주입될 것이다. 다른 관점에서 보면 주입된 충전가스(G)의 부피만큼 음료수(L)가 배출되는 것이다. 이 때 만약 조작자가 음료수 용기(100) 내에 가득 채웠던 음료수(L)를 1/5만 배출시키고 주입배출구(180)를 막는다면, 차단막(120)을 경계로 4/5의 하부 공간에는 음료수(L)로, 상부 1/5의 공간에는 충전가스(G)로 각각 차 있을 것이다.

다음 단계로 조작자가 높은 압력, 예컨대 5바(bar)에 도달하는 시점까지 충전가스(G)를 계속 주입하면, 음료수의 부피와 밀도는 불변으로 유지되고, 충전가스(G)의 총 부피는 불변이지만, 충전가스(G)의 밀도는 압력의 세기에 비례하여 높아지게 될 것이다. 이를 다르게 표현하면 이 압축된 충전가스(G)는 압력의 변화에 따라 스스로의 부피를 팽창시킬 수 있는 에너지를 갖게 되었다는 것을 의미한다.

이와 같은 방법으로 음료수 용기(100) 내에 음료수(L)와 충전가스(G)를 주입한다. 다음으로 음료수(L)를 배출하는 원리에 대해 설명한다.

음료수 용기(100)의 하부에 있는 주입배출구(180)를 열면 압축된 충전가스(G)가 갖고 있는 에너지, 즉 압축된 가스의 팽창력에 의해 음료수는 배출될 것이다. 이때 음료수 용기(100) 내의 음료수(L)가 차지했던 공간은 부피가 팽창한 충전가스(G)가 채워 주게 된다. 또한 차단막(120)은 음료수(L)의 표면에 밀착된 상태로 내려오고, 충전가스(G)의 밀도는 낮아지고 압력도 낮아질 것이다. 이 과정을 반복하여 압축된 충전가스(G)가 갖고 있던 에너지가 마침내 제로가 될 때까지 반복하여 음료수(L)를 배출시키면, 충전가스(G)는 용기내부를 가득 채울 만큼 부피는 팽창하지만 압력은 낮은 상태가 될 것이다. 그리고 차단막(120)은 음료수 용기(100)의 바닥까지 내려오고 음료수(L)는 음료수 용기(100) 내에 더 이상 남아있지 않게 될 것이다. 다만, 이렇게 음료수를 배출하는 과정에서 충분히 예상할 수 있는 현상은 배출 초기에는 충전가스의 압력이 높고, 이 압력은 배출량에 비례하여 점차 낮아지기 때문에 배출 꼭지를 동일한 정도, 즉 완전히 개방하면 음료수가 배출되는 속도가 변한다는 것이다. 즉 배출 초기에는 음료수가 단위 시간당 많이 배출되고 시간의 경과에 따라 그 배출속도가 느려진다. 그러나 이러한 현상은 배출구(180)에 압력 제어기(regulator)를 부착하면 간단히 해결된다. 즉 배출꼭지를 개방하는 정도나, 배출의 전 과정에 무관하게 일정량의 음료수가 배출될 수 있게 된다.

다음으로 음료수(L)를 모두 소비한 음료수 용기(100)에 다시 음료수(L)를 충전하는 과정을 설명한다.

음료수(L)를 모두 배출시킨 음료수 용기(100)를 회수하여, 음료수 용기(100)의 하단에 있는 음료수 주입배출구(180)를 통해 다시 음료수(L)를 주입한다. 이때 음료수 주입자는 최초에 음료수(L)를 주입하는 과정 중 첫 번째 단계, 즉 용기 내부에 있는 공기를 배출시키는 과정을 거치지 않고 바로 압력펌프를 이용하여 음료수(L)를 주입하면 된다. 압력이 5바에 도달하면 음료수 주입을 중단한다. 이때 음료수 용기내부에서 차단막(120)은 다시 용기의 저변으로부터 4/5의 위치까지 올라가고, 차단막(120)을 경계로 상부에는 5바로 압축된 가스가, 하부에는 음료수가 충전되게 된다. 이 과정은 순환 반복될 수 있다. 이상의 전 과정에서 음료수는 공기와 접촉할 기회가 전혀 없다. 따라서 음료수는 외부 공기와의 접촉을 통한 오염의 가능성이 원천적으로 봉쇄된다.

또한 음료수 용기(100)의 상단에 위치한 주입구(140)에는 한 방향 주입만을 허용하는 한 방향 밸브(160)(one way valve 또는 check valve)가 내장되어 있고 이것과 결합된 연결부(coupling)의 숫 부분(male part)이 결합되어 있기 때문에 규격에 맞는 연결부의 암 부분(female part)과 결합을 한 후, 특정한 압력펌프를 이용하여야만 외부에서 용기 내부로 어떤 기체(G)를 주입할 수 있다. 즉, 사람이 상기의 기구들을 이용하여 의도적으로 외부 공기를 주입하지 않는 한 음료수 용기(100)의 내부로 외부 공기가 유입될 가능성은 원천적으로 봉쇄되어 있다. 따라서 음료수(L)는 외부 공기 또는 이물질에 노출되지 않고, 오염되지 않게 된다.

음료수(L)를 주입하는 사업소의 주인은 회수되어 온, 반복 사용을 전제로 한, 음료수 용기(100)의 내부를 별도로 청소, 세척, 소독할 필요가 원칙상 없어지게 된다. 따라서 본 발명의 음료수(L) 배출 시스템 또는 음료수 용기(100)가 생수사업에 적용되는 경우, 생수 생산비의 거의 70-80%를 회수된 용기의 청소, 세척, 소독과정에 투입하는 현실을 감안하면 본 발명의 경제적 효능은 매우 높을 것이다. 또한 이러한 음료수(L) 배출 시스템의 특징은 맥주 디스펜싱 시스템(Beer dispensing System)에 일반적으로 사용하는 특별한 디스펜싱 헤드(dispensing head), 배출 튜브(extractor tube), 별도의 가스 통(Cylinder), 그리고 압력 펌프 등등은 물론이고, 시중에 널리 유통되는 거의 모든 냉온수기와 정수기 통(kit)의 내부에 부착되는 중간단계의 저류통(storage tank) 등을 모두 배제한 가장 단순한 시스템이다.

이하에서 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 음료수 용기(100)에 대해 설명한다. 도 2는 음료수 용기(100)의 사시도이고, 도 3은 용기를 AA를 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이고, 도 4는 차단막(120)을 펼쳐 놓은 사시도이고, 도 5는 차단막(120)을 말아 놓은 사시도이다.

도 2를 참조하면, 음료수 용기(100)는 그 상부(150)나 하부(170)가 분리하거나 결합할 수 있는 뚜껑 형태로 되어 있는 것이 아니라, 예컨대 원기둥 형상의 측면(190)과 한 덩어리로 용접되어 있다. 따라서 외부에서 용기(100)내부로 통할 수 있는 통로는 기체주입구(140)와 음료수 주입배출구(180)가 있을 뿐이다.

도 3을 참조하면, 차단막(120)이 음료수 용기(100) 내부에 위치하여 음료수(L)와 기체(G), 예컨대 충전가스(G)를 분리시키고 있는 상태를 나타낸다.

차단막(120)을 음료수 용기(100) 내부에 위치시키는 방법을 설명하기 위해서는 도 4 및 도 5를 함께 참조할 필요가 있다. 도 4는 차단막(120)이 펼쳐진 상태를 나타낸다. 이 펼쳐진 상태의 차단막(120)의 표면에는 휘어지지 않는 직선형의 공기 관(pipe)이 좌우 대칭으로 접착되어 있기 때문에 A에서 B, 혹은 B에서 A 방향으로는 말을 수 있지만, C에서 D 혹은 D에서 C 방향으로는 말을 수 없다. 도 5는 차단막(120)을 A에서 B로 말은 상태를 나타낸다. 이렇게 말려진 차단막(120)은 도 2의 음료수 주입배출구(180)를 통해 밀어 넣어 음료수 용기(100) 내부에 위치하게 된다. 도 5는 차단막(120)이 말려진 상태를 나타낸다. 물론 이 상태는 사람이 손으로 일부러 말은 상태이다. 이 말려진 차단막(120)은 용기(100)제작 시 최초의 상태, 즉 용기 내부에 공기만 있는 상태에서 용기(100)의 하부(170)에 위치한 음료수 주입배출구(180)를 통해 용기(100)의 내부에 들어갈 수 있다. 이렇게 들어간 차단막(120)은 그 재질의 특성상 본래의 모습, 즉 도 4에 예시된 펼쳐진 형상으로 스스로의 힘으로 펼쳐지게 된다.

그리고 도 2와 도 3에 표시된 음료수 용기(100)의 내벽과 차단막(120)의 원주 사이에는 간극(124, 125)이 있음을 알 수 있다. 이 간극은 좌측(125)과 우측(124)이 반드시 동일하지는 않다. 즉, 차단막(120)은 음료수 용기(100)의 내부 단면과 동일한 형상, 즉 원반형이다. 그러나 형상은 동일하지만 그 직경은 용기내부의 직경보다 결코 같거나 크지는 않다. 즉 차단막(120)의 직경이 최소한 1-2mm가 작은 원반이다. 따라서 차단막(120)이 용기 내부 음료수 표면에서, 예컨대 용기 내부의 좌측에 접하면 좌측 간극(125)은 영이 되고 우측 간극(124)는 2mm가 될 것이고, 그 반대의 현상도 충분히 예상할 수 있다.

다음으로 이 차단막(120)의 구조적인 면을 보면, 차단막(120의 표면에는 공기가 자연적으로 들어 있는 직경이 5mm 미만의 가는 관(121-123)이 양끝이 밀봉된 상태로, 차단막(120)의 한 면에 좌우 대칭을 이루면서 평행하게 부착되어 있다.

다음으로 이 차단막(120)의 기능적인 면을 보면, 이 차단막(120)은 아주 높은 탄력성을 가지면서 신축적이지 않은, 그리고 물에 용해되거나 물에 젖지도 않고, 물과 화학적 반응을 일으키지도 않는, 또한 접시나 원반과 같은 본래의 형태가 특정한 온도 범위 내에서 쉽게 변하지도 않는 예컨대 PE같은 재질로 만들어 진다. 따라서 이 차단막(120)은 그 자체의 무게가 표면적에 비해 매우 작고, 표면에 공기로 가득 찬 가는 관(121-123)이 있기 때문에 어떤 상황에서도 음료수의 상부 표면에 떠서 있을 수밖에 없다. 그리고 이 차단막(120)은 좌우는 대칭적이지만 상하가 대칭을 이루지는 않는 형상일 수 있다.

이러한 차단막(120)은 음료수(L)의 표면에 밀착되어 음료수(L)와 충전가스(G)와의 접촉면적의 대부분을 차단한다. 즉, 차단막(120)의 가장자리와 용기의 내벽 사이에는 공간(124,125)이 있고, 이 공간을 통하여 기체와 음료수는 직접 접촉한다. 그러나 이 접촉부분에서는 비록 양 물질이 접촉은 하지만 상호간의 이동은 일어나지 않는다. 즉, 용기 내부의 온도가 기체 부분이나 액체 부분에 동일하기 때문에 어느 한 물질의 확산운동이 일어날 수 없다. 즉 음료수가 기체 속으로, 혹은 기체가 음료수 속으로 이동이나 확산운동이 있을 수 없다. 더욱이 압력이 가해진 상태에서는 용기 내부의 압력은 모든 부분에, 그리고 모든 방향에 균등하게 작용하므로 양 물질이 공간적으로 접촉한다고 해서 어떤 물질이 다른 방향으로 이동할 수는 없기 때문이다. 다만 그 접촉 부분에서 양 물질간의 분자수준에서의 화학 반응은 일어날 수 있지만 이 접촉부분의 총 면적이 용기 내부에 채워진 음료수 전체의 표면적에 비해 거의 무시해도 좋은 수준으로 극미량에 지나지 않으며, 특히 압축가스를 질소(N2)로 채운다면, 질소가 불활성의 성질을 갖고 있기 때문에, 특수한 혼합장치를 사용한 인위적 혼합을 하지 않는 한, 질소 가스가 물에 용해되거나 혼합되지 않고, 음료수와 서로 화학 반응을 일으킬 우려도 없다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 음료수 배출 시스템
100: 음료수 용기
120: 차단막
200: 냉각 및 가열장치
300: 하우징

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 음료의 충전 방법에 있어서,
   음료의 주입 및 배출을 위한 음료 주입배출구가 형성된 하부 면과, 상기 하부 면과 대향하고 충전가스의 주입을 위한 충전가스 주입구가 형성된 상부 면과, 상기 하부 면과 상기 상부 면을 연결하여 수납공간을 형성하는 측면을 포함하며, 상기 음료 주입배출구 및 상기 충전가스 주입구를 제외하고 완전히 밀폐되며, 차단막이 미리 삽입된 용기 내부에, 상기 음료 주입배출구를 통해 음료를 완전히 충전시켜, 충전 전에 상기 용기 내부를 채우고 있던 공기를 완전히 배출하는 단계;
   상기 음료 주입배출구를 닫고, 상기 충전가스 주입구를 통해 상기 충전가스를 주입하는 단계; 및
   상기 음료가 상기 음료 주입배출구를 통해 소진된 후, 음료가 공기와 접촉되지 않도록, 공기는 존재하지 않으나 상기 차단막과 충전가스가 남은 용기 내부에 상기 음료 주입배출구를 통해 음료를 재충전시키는 단계를 포함하되,
   상기 차단막은 상기 음료 주입배출구를 통해 상기 용기 내부로 말려져 삽입되고, 삽입 후 상기 용기의 단면의 형상으로 다시 복원되며, 하부에는 음료수 및 상부에는 충전가스로 상기 음료수와 충전가스를 분리하는 것인 음료 충전 방법.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서, 상기 충전가스를 주입하는 단계는
   상기 완전히 충전된 음료 중 일부를 상기 음료 주입배출구를 통해 배출하는 단계;
   상기 음료 주입배출구를 닫고, 상기 용기 내부의 압력이 소정 압력치 이상이 되도록 상기 충전가스 주입구를 통해 상기 충전가스를 주입하는 단계를 포함하는 것
   인 음료 충전 방법.
9. 제 6항에 있어서,
   상기 음료를 재충전시키는 단계 이후에, 상기 음료 주입배출구를 닫고, 상기 충전가스 주입구를 통해 상기 충전가스를 재주입하는 단계
   를 더 포함하는 음료 충전 방법.

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