KR101006869B1 - Apparatus for producing carbonated water having optimized abstracting system of carbonated water using membrane - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기체 분리막을 이용한 탄산수 최적화 추출 시스템을 갖는 탄산수 제조장치에 관한 것으로, 냉수를 저장하는 저장 탱크(100)와, 유입구(220)와 배출구(240)를 갖는 기체 분리막(200)과, 상기 저장 탱크(100)의 냉수를 상기 유입구(220)로 공급하는 펌프(300)와, 상기 유입구(220)에 제공되어 역류압을 방지하는 체크밸브(260)와, 상기 기체 분리막(200)으로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부(400)와, 상기 배출구(240)에 제공되며 탄산수 배출용 개폐밸브(520)를 갖는 탄산수 추출관(500)과, 상기 탄산수 추출관(500)과 연통되게 제공되며 초기 탄산수를 외부로 배출하도록 보조밸브(620)를 갖는 방류관(600)을 포함한다.The present invention relates to a carbonated water production apparatus having a carbonated water optimized extraction system using a gas separation membrane, the storage tank 100 for storing cold water, the gas separation membrane 200 having an inlet port 220 and the outlet port 240, A pump 300 for supplying the cold water of the storage tank 100 to the inlet 220, a check valve 260 provided to the inlet 220 to prevent a back flow pressure, and the gas separation membrane 200. Carbon dioxide supply pipe 400 for supplying carbon dioxide, the carbonated water extraction pipe 500 is provided to the outlet 240 and has an opening and closing valve 520 for discharging carbonated water, and is provided in communication with the carbonated water extraction pipe 500 and the initial It includes a discharge pipe 600 having an auxiliary valve 620 to discharge the carbonated water to the outside.
본 발명에 따르면 내부 구조를 밀폐 상태로 유지시켜 이산화탄소 용해 효율이 증가되고 이에 따라 탄산수 내의 호기성 세균의 증식을 억제할 수 있으며, 탄산 음용수의 초기 추출이 안정되게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.According to the present invention by maintaining the internal structure in a sealed state to increase the carbon dioxide dissolution efficiency, thereby suppressing the growth of aerobic bacteria in the carbonated water, there is an effect that the initial extraction of carbonated drinking water can be made stable.
탄산수, 탄산수 제조장치 Carbonated water, carbonated water production equipment
Description
본 발명은 기체 분리막을 이용한 탄산수 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄산수의 추출이 멈춤과 동시에 밸브를 통해 내부 구조를 밀폐 상태로 유지시켜 기체 분리막 내에서 이산화탄소의 용해 효율을 고정도로 극대화시킨 기체 분리막을 이용한 탄산수 최적화 추출 시스템을 갖는 탄산수 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for preparing carbonated water using a gas separation membrane, and more particularly, to stop the extraction of carbonated water and maintain the internal structure in a sealed state through a valve to maximize the dissolution efficiency of carbon dioxide in the gas separation membrane with high accuracy. A carbonated water production apparatus having an optimized carbonated water extraction system using a separator.
최근 정수기는 단순히 원수를 필터링하여 정수를 공급하는 기능 뿐만 아니라 사람에게 유용한 성분이 추가될 수 있도록 다양한 기능을 갖는 정수기가 출시되고 있는 실정이다.Recently, a water purifier is not only a function of supplying purified water by simply filtering raw water, but also a water purifier having various functions so that useful components can be added to human beings.
그 한 예로서, 정수기에 탄산이 공급되도록 하여 물의 음용시 탄산 음용수를 수를 간편하게 제공받을 수 있도록 한 제품이 출시된 바 있다.As an example, a product has been released that allows carbonated drinking water to be supplied to the water purifier so that carbonated drinking water can be easily provided when drinking water.
이러한 탄산수 제조장치는, 초기 이산화탄소가스를 저장하는 이산화탄소가스 압력용기와, 오리피스를 통해 에어를 공급하는 에어 공급부로 구성되어 용기내에 오리피스를 통해 에어를 공급하게 되면 이때 기포가 발생되고 이 기포에 이산화탄소가스를 공급하여 탄산수를 제조하게 된다.The carbonated water production device is composed of a carbon dioxide gas pressure vessel for storing the initial carbon dioxide gas, and an air supply unit for supplying air through the orifice and when air is supplied through the orifice in the container, bubbles are generated at this time and carbon dioxide gas in the bubble Carbonated water is prepared by supplying
하지만 상기한 방법은 물이 이산화탄소가스를 흡수하는 방법으로 탄산수가 얻어지는 것으로 이산화탄소가 물에 안정적으로 용해되지 못하는 문제점이 있었다.However, the above method has a problem that carbon dioxide is not obtained by dissolving carbon dioxide in water as water is obtained by absorbing carbon dioxide gas.
이를 해결하고자 기체 분리막을 이용하여 물과 이산화탄소를 혼합하여 배출하는 기술이 제시되고 있다.To solve this problem, a technique of discharging water and carbon dioxide by using a gas separation membrane has been proposed.
상기한 기체 분리막은 2상 사이에서 물질의 이동을 선택적으로 제한하는 기능을 갖는 고분자 재질의 계면(Interphase)이라 정의될 수 있으며, 최근 산업의 고도화 및 다변화로 인한 고순도, 고품위의 제품이 요구됨에 따라 분리공정은 대단히 중요한 공정으로 인식되고 있어 화학공업, 식품공업, 약품공업등의 공업분야 뿐만 아니라 의료, 생화학 및 환경분야에 이르기까지 중요한 연구과제가 되고 있다. The gas separation membrane may be defined as an interphase of a polymer material having a function of selectively restricting the movement of a material between two phases, and according to the recent demand for high purity and high quality products due to industrial advancement and diversification. Separation process is recognized as a very important process, and has become an important research subject in the medical, biochemical and environmental fields as well as in the industrial fields such as chemical industry, food industry and pharmaceutical industry.
상기와 같이 막을 이용한 기체분리는 막에 대한 선택적인 가스 투과 원리에 의하여 진행되는데, 기체 혼합물이 막표면에 접촉하였을때 기체 성분은 막속으로 용해, 확산하게 되며 이때 각각의 기체 성분의 용해도와 투과도는 막물질에 대하여 서로 다르게 나타나게 되는 것으로 이를 통해 이산화탄소와 물을 기체 분리막을 통해 혼합하게 된다. As described above, the gas separation using the membrane proceeds according to the principle of selective gas permeation to the membrane. When the gas mixture comes into contact with the membrane surface, the gas component dissolves and diffuses into the membrane. Membrane material will be different from each other, so that carbon dioxide and water are mixed through the gas separation membrane.
하지만, 이러한 기체 분리막을 이용한 종래의 탄산수 제조장치의 경우 내부 구조가 밀폐 상태로 유지되는 구조가 아니어서 내부 가스가 외부로 빠져나가게 되고 이로 인하여 기체 분리막내에 잔존하는 탄산수의 용해 효율이 극히 저하되는 문제점이 있다. However, in the conventional carbonated water production apparatus using the gas separation membrane, the internal structure is not a structure in which the internal structure is kept in a sealed state so that the internal gas is discharged to the outside, whereby the dissolution efficiency of the carbonated water remaining in the gas separation membrane is extremely reduced. There is a problem.
이를 해결하기 위해서는 탄산수 추출구에 밸브를 설치하여 기체 분리막 내의 가스가 외부로 누출되지 않도록 할 수 있지만 이러한 경우 초기 탄산수 추출시 외부로 빠져나오는 압력에 의해 탄산수가 폭발적으로 추출되는 현상이 발생되고 이로 인하여 컵이 탄산수를 수용하지 못하고 외부로 이탈되는 등의 문제점이 있다. In order to solve this problem, a valve may be installed in the carbonated water extraction port so that the gas in the gas separation membrane does not leak to the outside, but in this case, the carbonated water is exploded by the pressure coming out during initial carbonated water extraction. There is a problem that the cup does not accommodate the carbonated water and is released to the outside.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 높은 이산화탄소 용해 효율성을 갖는 탄산수 제조장치를 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention was devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a carbonated water production apparatus having a high carbon dioxide dissolution efficiency.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 냉수를 저장하는 저장 탱크; 유입구와 배출구를 갖는 기체 분리막; 상기 저장 탱크의 냉수를 상기 유입구로 공급하는 펌프; 상기 기체 분리막으로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부; 상기 배출구에 제공되며 탄산수 배출용 개폐밸브를 갖는 탄산수 추출관; 상기 탄산수 추출관과 연통되게 제공되며 초기 탄산수를 외부로 배출하도록 보조밸브를 갖는 방류관을 포함하여 구성되며, 상기 유입구에 역류압을 방지하는 체크밸브가 더 제공될 수 있 다.The present invention to achieve the above object is a storage tank for storing cold water; A gas separation membrane having an inlet and an outlet; A pump for supplying cold water of the storage tank to the inlet; A carbon dioxide supply unit supplying carbon dioxide to the gas separation membrane; A carbonated water extraction tube provided at the outlet and having an on / off valve for discharging carbonated water; It is provided in communication with the carbonated water extraction pipe and comprises a discharge pipe having an auxiliary valve to discharge the initial carbonated water to the outside, a check valve for preventing the backflow pressure may be further provided to the inlet.
따라서, 본 발명에 따른 기체 분리막을 이용한 탄산수 최적화 추출 시스템을 갖는 탄산수 제조장치는, Therefore, the carbonated water production apparatus having a carbonated water optimized extraction system using a gas separation membrane according to the present invention,
시스템 내부 구조가 밸브를 통해 밀폐상태를 유지할 수 있음에 따라 탄산수의 안정된 용해 효율성을 유지 및 기체 분리막 내에 탄산수가 잔류함에 따라 각종 호기성 세균의 증식을 억제시킬 수 있는 효과가 있고, As the internal structure of the system can be kept closed through the valve, it is possible to maintain stable dissolution efficiency of the carbonated water and to suppress the growth of various aerobic bacteria as the carbonated water remains in the gas separation membrane.
또한 탄산 음용수의 초기 추출시 외부로 빠져나오는 압력에 의해 발생되는 추출 압력을 방류관을 통해 외부로 방류되도록 한 다음 적정 압력으로 배출되는 탄산 음용수를 받을 수 있도록 하여 탄산 음용자가 항상 안전하게 컵을 통해 탄산 음용수를 음용할 수 있는 효과가 있다. In addition, during the initial extraction of carbonated drinking water, the extraction pressure generated by the pressure exiting to the outside is discharged to the outside through the discharge pipe so that carbonated drinking water discharged at an appropriate pressure can be received so that the carbonated beverage is always safely carbonated through the cup. It is effective to drink drinking water.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하며 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등은 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in describing the present invention, if it is determined that the related well-known technology may blur the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. do.
본 발명은 기체 분리막을 이용한 탄산수 최적화 추출 시스템을 갖는 탄산수 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a carbonated water production apparatus having a carbonated water optimized extraction system using a gas separation membrane.
<제1실시예>First Embodiment
본 발명은, 도 1의 도시에 의하여 냉수를 저장하는 저장 탱크(100)와, 유입구(220)와 배출구(240)를 갖는 기체 분리막(200)과, 상기 저장 탱크(100)의 냉수를 상기 유입구(220)로 공급하는 펌프(300)와, 상기 유입구(220)에 제공되어 역류압을 방지하는 체크밸브(260)와, 상기 기체 분리막(200)으로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부(400)와, 상기 배출구(240)에 제공되며 탄산수 배출용 개폐밸브(520)를 갖는 탄산수 추출관(500)과, 상기 탄산수 추출관(500)과 연통되게 제공되며 초기 탄산수를 외부로 배출하도록 보조밸브(620)를 갖는 방류관(600)을 포함한다.The present invention, as shown in Figure 1
상기 저장 탱크(100)는, 유입되는 원수를 저장하게 된다.The
상기 기체 분리막(200)은, 공지 기술과 동일한 구조를 취하는 것이며, 일측에는 유입구(220)가 그리고 타측에는 배출구(240)가 구비되어 상기 유입구(220)로 유입된 원수를 내부에서 분리막을 통해 필터링 시킨 후 상기 배출구(240)를 통해 탄산수를 배출하게 된다.The
이때 기체 분리막은 탄산수 제조효율을 고려하여 그 형태가 중공사인 것이 바람직하다. 이러한 기체 분리막에 형성된 다수의 기공을 통해 이산화탄소와 물의 접촉 면적이 증가하면서 이산화탄소가스가 물에 쉽게 용해되어 탄산수가 제조된다. At this time, the gas separation membrane is preferably in the form of hollow fiber in consideration of the carbonic acid production efficiency. As the contact area of carbon dioxide and water increases through a plurality of pores formed in the gas separation membrane, carbon dioxide gas is easily dissolved in water to produce carbonated water.
상기 기체 분리막(200)은, 최소량의 이산화탄소 가스를 사용하여 적절한 농도의 탄산수를 얻기 위하여 이산화탄소 투과량이 1 kgf/cm2 의 압력에서 0.55 내지 4.6 LPM(Liter Per Minute), 바람직하게는 0.8 내지 1.5 LPM 인 것을 적용한다. The
만약 기체 분리막의 이산화탄소 투과량이 상기 범위 미만이면, 탄산수 내에 용존 탄산량이 0.2%를 넘을 수 없어 탄산수로 적용하기에는 곤란한 문제점이 있다.If the carbon dioxide permeation rate of the gas separation membrane is less than the above range, there is a problem that the amount of dissolved carbonic acid in the carbonated water cannot exceed 0.2%, and thus it is difficult to apply it to the carbonated water.
이와 반대로 이산화탄소 투과량이 상기 범위를 초과하면 이산화탄소 투입량과 비교하여 높은 농도의 탄산수를 제조할 수 없어 비경제적이다. On the contrary, when the carbon dioxide permeation amount exceeds the above range, it is not economical to produce a high concentration of carbonated water as compared to the carbon dioxide input amount.
이러한 기체 분리막의 재질은 상기한 이산화탄소 투과량을 갖는 것이라면 어떠한 것이라도 사용이 가능하며, 본 발명에서 특별히 그 종류를 한정하지는 않는다. 대표적으로 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아마이드, 폴리아라미드, 폴리벤즈이미다졸, 또는 이들의 혼합물 등이 가능하나, 바람직하게는 폴리설폰을 사용한다. The material of such a gas separation membrane can be used as long as it has the above-described carbon dioxide permeation amount, and the type of the gas separation membrane is not particularly limited in the present invention. Typically polysulfones, polyethersulfones, polycarbonates, polyimides, polyetherimides, polyamides, polyaramids, polybenzimidazoles, or mixtures thereof and the like are possible, but preferably polysulfones are used.
이때, 기체 분리막은 막 표면 및 내부에 친수성 고분자가 코팅된 것이 바람직하다. 상기 친수성 고분자는 이 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있으며, 일예로 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종이 가능하다. In this case, the gas separation membrane is preferably coated with a hydrophilic polymer on the membrane surface and inside. The hydrophilic polymer may be one known in the art, for example, one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, and mixtures thereof.
상기 펌프(300)는, 상기 저장 탱크(100)와 상기 기체 분리막(200)의 유입구(220)를 연결하는 유로에 설치되어 상기 저장 탱크(100)내의 원수를 상기 기체 분리막(200)으로 펌핑시키게 된다.The
상기 체크밸브(260)는, 상기 기체 분리막(200)의 유입구에 제공되어 원수의 유입을 제어 및 상기 기체 분리막(200)으로부터 역류되는 압력을 제어하게 된다.The
상기 이산화탄소 공급부(400)는, 이산화탄소 저장 용기(410)와, 이산화탄소 공급 가스로(420)와, 밸브(430)로 구성되어 상기 밸브(430)의 조작에 따라 상기 이산화탄소 저장 용기(410)내의 가스를 이산화탄산 공급 가스로(420)를 통해 기체 분 리막(200) 내로 공급하게 된다.The carbon
상기 밸브(430)는, 이산화탄소를 규칙적으로 상기 기체 분리막(200)내로 공급하는 역할을 하게 된다.The
상기 개폐밸브(520)는, 상기 배출구(240)에 연결되는 탄산수 추출관(500)에 제공되며, 상기 개폐밸브(520)의 조작에 따라 탄산수를 추출하게 된다.The on-off
상기 방류관(600)은, 상기 탄산수 추출관(500)에 연통 가능하게 제공되며, 일측에 초기 탄산수를 외부로 배출하도록 보조밸브(620)가 제공된다. The
상기 보조밸브(620)는, 상기 탄산수 추출관(500)을 통해 초기 탄산수 추출시 상기 기체 분리막(200)에 잔존하고 있는 압력에 의해 탄산수 폭발 현상이 발생하는데 이때, 상기 보조밸브(620)를 개방시켜 상기 방류관(600)을 통해 초기 탄산수 만을 방류시키고자 하는 것이다.The
이상에서와 같이 구성되는 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 기체 분리막(200) 내에서 탄산수가 밀폐상태로 되면 높은 용해 효율성을 유지하며 저장 상태를 유지할 수 있게 된다. 그러면 기체 분리막(200) 내부에서는 공급된 이산화탄소에 의해 압력이 작용된다. 이때, 탄산수 음용자가 탄산수 추출하고자 하면 먼저, 압력을 해소시켜야 함에 따라 방류관(600)에 제공된 보조밸브(620)를 개방시켜 일정시간 개방상태를 유지한다. 그러면 상기 기체 분리막(200)에 잔존하고 있던 탄산수가 내부 압력에 의해 폭발 현상을 발생하며 방류관(600)을 통해 외부로 방류되게 된다. 이후 상기 보조밸브(620)를 폐쇄시킨 다음 탄산수 추출관(500)에 제공된 개폐밸브(520)를 조작하여 탄산수를 추출하면 된다.According to the present invention configured as described above, when the carbonated water is sealed in the
<제2실시예>Second Embodiment
도 2의 도시에 의하여 본 발명은, 냉수를 저장하는 저장 탱크(100)와, 유입구(220)와 배출구(240)를 갖는 기체 분리막(200)과, 상기 저장 탱크(100)의 냉수를 상기 유입구(220)로 공급하는 펌프(300)와, 상기 유입구(220)에 제공되어 역류압을 방지하는 체크밸브(260)와, 상기 기체 분리막(200)으로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부(400)와, 상기 배출구(240)에 제공되며 탄산수 배출용 개폐밸브(520)를 갖는 탄산수 추출관(500)과, 상기 탄산수 추출관(500)과 연통되게 제공되며 초기 탄산수를 외부로 배출하도록 보조밸브(620)를 갖는 방류관(600)과, 상기 배출구(240)에 제공되어 초기 탄산수의 배출 압력을 센싱하는 압력센서(700)와, 상기 개폐밸브(520)의 개방 동작시 상기 압력센서(700)의 신호값을 입력받아 셋팅된 신호값의 범위를 넘어서면 상기 보조밸브(620)를 개방시켜 초기 탄산수를 배출하도록 제어하는 제어부(800)로 구성된다.As shown in FIG. 2, the present invention provides a
여기서, 상기 저장 탱크(100), 상기 기체 분리막(200), 상기 펌프(300), 상기 체크밸브(260), 상기 이산화탄소 공급부(400), 상기 탄산수 추출관(500), 상기 방류관(600)은 제1실시예와 동일한 구성 및 기능을 수행하는 것으로 이하에서는 생략하여 설명하기로 한다. Here, the
상기 압력센서(700)는, 상기 배출구(240)에 제공되어 배출되는 처리수의 배출 압력이 불규칙 적으로 배출되는 경우 이를 센싱하여 그 신호값을 상기 제어부(800)로 출력하게 된다.The
상기 제어부(800)는, 상기 압력센서(700), 상기 펌프(300), 상기 체크밸브(260), 상기 이산화탄소 공급부(400)의 밸브(430) 등 각종 전기 전자적 부품을 제어하게 된다.The
이상에서와 같이 구성되는 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 기체 분리막(200) 내에서 탄산수가 밀폐상태로 되면 높은 용해 효율성을 유지하며 저장 상태를 유지할 수 있게 된다. 그러면 기체 분리막(200) 내부에서는 공급된 이산화탄소에 의해 압력이 작용된다. 이때, 탄산수 음용자가 탄산수를 추출하고자 하면 먼저, 압력을 해소시켜야 하는데 이 경우 탄산수 추출관(500)의 개폐밸브(520)를 조작하면 된다. 즉, 개폐밸브(520)를 조작하게 되면 압력센서(700)가 상기 기체 분리막(200) 내의 탄산수 배출 압력을 센싱하게 되고, 이때 배출 압력이 기존 셋팅된 값 보다 크게 되면 방류관(600)의 보조 밸브(620)를 개방시킨다. 그러면 상기 기체 분리막(200)을 통해 배출되는 초기 탄산수는 방류관(600)을 통해 방류되게 된다. 이후 상기 압력센서(700)가 미리 셋팅된 탄산수 추출 압력값을 센싱하게 되면 상기 보조 밸브(620)를 폐쇄시키고 상기 개폐밸브(520)를 개방시켜 음용자가 위치시킨 컵에 탄산수를 일정한 압력으로 공급하게 된다.As described above, when the carbonated water is sealed in the
탄산수 제조장치에 적용되는 것임.Applicable to carbonated water production equipment.
도 1은 본 발명에 따른 제1실시예로서 기체 분리막을 이용한 탄산수 최적화 추출 시스템을 갖는 탄산수 제조장치의 구성도.1 is a block diagram of a carbonated water production apparatus having a carbonated water optimized extraction system using a gas separation membrane as a first embodiment according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 제2실시예로서 기체 분리막을 이용한 탄산수 최적화 추출 시스템을 갖는 탄산수 제조장치의 구성도.2 is a block diagram of a carbonated water production apparatus having a carbonated water optimized extraction system using a gas separation membrane as a second embodiment according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: 저장 탱크100: storage tank
200: 기체 분리막200: gas separation membrane
300: 펌프300: pump
400: 이산화탄소 공급부400: carbon dioxide supply unit
500: 탄산수 추출관500: carbonated water extraction tube
600: 방류관600: discharge pipe
700: 압력센서700: pressure sensor
800: 제어부800: control unit
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