KR101627497B1 - 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부로부터 공급되는 원수를 정수시키는 정수 필터를 포함하는 정수 모듈(100), 상기 정수 모듈(100)로부터 공급되는 정수에 이산화탄소를 주입하여 탄산수를 생성하는 탄산 모듈(200) 및 상기 탄산 모듈(200)로부터 공급되는 탄산수를 전해시키는 전해조를 포함하며, 상기 전해조에 의한 전해반응을 이용하여 탄산수소수를 생성하는 수소수 모듈(300)를 포함하여 구성되며, 상기 정수 모듈(100), 탄산 모듈(200) 및 수소수 모듈(300)은 각각의 모듈을 연결하는 배관에 유로 전환 밸브를 구비하여 정수, 탄산수 및 탄산수소수의 유로를 제어하는 것을 특징으로 하는 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 복합기능수 생성 시스템을 통해서 미네랄이 풍부하면서도 청량감이 있으며 음용이 가능한 고농도의 pH를 갖는 탄산수 및 탄산수소수를 모두 생성할 수 있는 할 수 있는 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법에 관한 것이다.
수소수는 수소분자(수소가스)가 함유된 물로 정의할 수 있으며, 물의 전해를 통해서 음극에서 수소가 생성되어 결과적으로 수소수를 생성할 수 있다.
그러나 일반적인 물(수도수, 지하수 등)에는 물 이외에도 유기물, 각종 이온성분들, 다양한 이물질 등이 존재하고 있기 때문에, 이러한 성분들을 포함한 물을 전해할 경우, 수소 이외에 다른 생성물들이 발생하는 문제점이 있다.
이를 극복하기 위해서, RO 필터(역삼투막 필터, reverse osmosis membrane filter), UF 필터(한외여과막 필터, ultrafiltration membrane filter) 등을 이용하여 정수된 물을 이용하여 수소수를 생성하는 것이 바람직하다.
허나, 정수된 물은 전극과 전극 사이에 전하를 이동시킬 수 있는 전도성 물질이 희박하므로, 전해가 어려운 단점이 있으며,
이에 따라, 대용량의 전원을 채용하여, 전해조에 인가하는 전압을 증가시켜야 하는 문제점이 있다.
더불어, 음용이 가능한 고농도의 수소수를 생성하기 위해서는, 정수된 물을 사용하는 것이 바람직하나, 정수된 물은 미네랄 함량이 적어 물맛이 좋지 않은 단점이 있다.
물을 전해하여 수소를 생성하는 과정에서, 전해조 내에서 수소가 생성되는 음극부에서는 수소와 함께 수산화이온이 역시 생성되며 이로 인하여 생성된 수소수의 pH가 알칼리성을 나타내게 된다. 전해에 의해 발생되는 수소의 양은 전극에 인가하는 전류와 비례하므로 수소의 양을 증대시키기 위해 인가하는 전류를 증가시키게 되면, 이와 비례하여 수산화이온 생성량 역시 증가하여 생성되는 수소수의 pH가 음용수 수질 기준인 pH 5.8 ~ 8.5를 초과하게 되며,
반대로 pH를 음용수 수질 기준 내로 조정하면 생성되는 수소의 발생량이 적어지는 문제점이 있다.
본 발명의 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법은 상술한 문제점을 극복하기 위하여, 정수된 물에 이산화탄소를 주입하여 수소수를 생성함으로써 정수된 물의 전도도를 증대시키고 있다. 이를 통해서, 대용량의 전원장치를 이용하지 않더라도 정수된 물의 용이한 전해가 가능하며 더불어, 정수된 물에 주입되는 이산화탄수의 양을 제어하여 수소수의 pH를 조정함으로써, 최종적으로 생성되는 탄산수소수의 pH를 음용수 범위 내에서 조정하여 생성할 수 있는 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법에 관한 것이다.
한편, 국내공개특허 제2011-003952호("미네랄 탄산수의 제조방법 및 제조장치", 이하 선행문헌 1)에서는 원수를 필터장치에 통과시켜 얻은 정수를 미네랄 공급장치를 통과시키되, 미네랄 공급장치 통과와 동시에 통과 전 또는 통과 후에 이산화탄수를 정수에 공급하는 단계를 수행하여 미네랄 탄산수를 제조할 수 있는 미네랄 탄산수의 제조방법 및 제조장치를 개시하고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 하나의 복합기능수 생성 시스템을 통해서 미네랄이 풍부하면서도 청량감이 있으며 음용이 가능한 고농도의 pH를 갖는 탄산수 및 탄산수소수를 모두 생성할 수 있는 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템은, 외부로부터 공급되는 원수를 정수시키는 정수 필터를 포함하는 정수 모듈(100), 상기 정수 모듈(100)로부터 공급되는 정수에 이산화탄소를 주입하여 탄산수를 생성하는 탄산 모듈(200) 및 상기 탄산 모듈(200)로부터 공급되는 탄산수를 전해시키는 전해조를 포함하며, 상기 전해조에 의한 전해반응을 이용하여 탄산수소수를 생성하는 수소수 모듈(300)를 포함하여 구성되며, 상기 정수 모듈(100), 탄산 모듈(200) 및 수소수 모듈(300)은 각각의 모듈을 연결하는 배관에 유로 전환 밸브를 구비하여 정수, 탄산수 및 탄산수소수의 유로를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템은 상기 수소수 모듈(300)로부터 공급되는 탄산수소수를 통과시켜 미네랄을 공급하는 충진 모듈(400)을 더 포함하여 구성되며, 상기 충진 모듈(400)은 MgO, MgCO3, Mg(OH)2 및 Mg(HCO3)2 중 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 정수 모듈(100)은 RO 필터(역삼투막 필터, reverse osmosis membrane filter), UF 필터(한외여과막 필터, ultrafiltration membrane filter), 침전 필터 및 활성탄 필터 중 어느 하나를 정수 필터를 포함하여, 상기 정수 필터에 원수를 통과시켜 정수시키는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 탄산 모듈(200)은 상기 정수 모듈(100)로부터 정수를 전달받아 탄산수를 생성하는 혼합 탱크부(210), 이산화탄소를 저장하고 있는 이산화탄소 공급부(220), 상기 이산화탄소 공급부(220)와 연결되어 상기 혼합 탱크부(210)에 공급되는 이산화탄소양을 제어하는 가스 레귤레이터부(230), 상기 혼합 탱크부(210) 내에 형성되어 공급되는 정수의 수위를 제어하는 수위 조절 수단(211), 상기 혼합 탱크부(210) 내에 구비되어, 정수와 이산화탄소의 접촉면적을 증대시키는 충진물(212), 상기 혼합 탱크부(210)의 상부에 형성되어 상기 혼합 탱크부(210) 내의 압력을 센싱하는 압력계(213), 상기 가스 레귤레이터부(230)와 연결되어 상기 혼합 탱크부(210) 내에 이산화탄소를 분사시키는 노즐(214) 및 상기 혼합 탱크부(210)의 하단에 형성되어 상기 혼합 탱크부(210)에서 생성된 탄산수를 배출시키는 배출구(215)를 포함하는 혼합 탱크 형태로 형성되거나,
라인 믹서 형태 또는 분리막 접촉 형태로 형성되어, 정수에 이산화탄소를 주입하여 탄산수를 생성하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 수소수 모듈(300)은 격막식 전해조 형태 또는 무격막식 전해조 형태로 형성되어 상기 탄산 모듈(200)로부터 공급되는 탄산수를 전해액으로 이용하여 전기분해 반응시켜, 수소가 포함된 탄산수소수를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 방법은, 외부로부터 공급되는 원수를 정수 필터에 통과시켜 정수를 생성하는 정수 생성 단계(S100), 상기 정수 생성 단계(S100)에서 생성된 정수에 이산화탄소를 공급하여 탄산수를 생성하는 탄산수 생성 단계(S200), 상기 탄산수 생성 단계(S200)에서 생성된 탄산수를 전해액으로 이용하여 전기분해 반응시켜, 수소가 포함된 탄산수소수를 생성하는 제 1 탄산수소수 생성 단계(S300) 및 상기 제 1 탄산수소수 생성 단계(S300)에서 생성된 수소가 포함된 탄산수소수를 미네랄 충진 모듈에 통과시켜 미네랄이 포함된 탄산수소수를 생성하는 제 2 탄산수소수 생성 단계(S400)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법은 하나의 복합기능수 생성 시스템을 통해서 미네랄이 풍부하면서도 청량감이 있으며 음용이 가능한 고농도의 pH를 갖는 탄산수 및 탄산수소수를 모두 생성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 정수된 물에 이산화탄수를 주입하여 탄산수를 생성시켜 정수된 물의 전도도를 증대시킴으로써, 대용량의 전원장치가 필요치 아니하고 저전력으로 정수된 물의 전해를 수행할 수 있는 효과가 있다.
더불어, 별도의 충진 모듈을 구비함으로써, 미네랄을 공급하여 음용시 청량감을 높일 뿐 아니라, 물맛을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
정수 모듈, 탄산 모듈, 수소수 모듈의 각 모듈 별로 배관에 유도 전환 밸브를 구비함으로써, 별도의 저장 탱크를 구비하지 않고도 정수, 탄산수 및 탄산이 포함된 탄산수소수, 미네랄이 포함된 탄산수소수를 각각 배출시킬 수 있어 하나의 단일 시스템에서 다양한 음용수를 얻을 수 있어 다양하게 활용될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템의 탄산 모듈을 상세하게 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템의 수소수 모듈을 상세하게 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템의 탄산 모듈을 상세하게 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템의 수소수 모듈을 상세하게 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
더불어, 시스템은 필요한 기능을 수행하기 위하여 조직화되고 규칙적으로 상호 작용하는 장치, 기구 및 수단 등을 포함하는 구성 요소들의 집합을 의미한다.
본 발명의 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법은 우너수를 정수하는 정수 모듈(100), 정수와 이산화탄소를 혼합시켜 탄산수를 생성하는 탄산 모듈(200) 및 전해반응을 이용하여 수소수를 생성하는 수소수 모듈(300)로 이루어지며, 하나의 복합기능수 생성 시스템을 통해서 미네랄이 풍부하면서도 청량감이 있으며 음용이 가능한 고농도의 pH를 갖는 탄산수 및 탄산수소수를 모두 생성할 수 있는 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법이다.
본 발명의 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법은 저전력으로 탄산수의 전기분해가 가능하며, 각각의 모듈을 연결하고 있는 배관에 유로 전환 밸브를 구비함으로써, 별도의 저장탱크를 없이도 정수, 탄산수 및 탄산수소수를 각각 배출시킬 수 있어 다양하게 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템을 간략하게 도시한 도면이다. 도 1을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템을 상세히 설명한다.
본 발명의 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 정수 모듈(100), 탄산 모듈(200) 및 수소수 모듈(300)을 포함하여 구성될 수 있다.
각 단계에 대해서 자세히 알아보자면,
상기 정수 모듈(100)은 외부로부터 공급되는 원수를 정수시키는 정수 필터를 포함하여 구성됨으로써, 원수에 포함되어 있는 유기물, 중금속, 각종 이온, 각종 이물질 등을 효과적으로 제거할 수 있다.
여기서, 상기 정수 필터로는 RO 필터(역삼투막 필터, reverse osmosis membrane filter), UF 필터(한외여과막 필터, ultrafiltration membrane filter), 침전 필터 및 활성탄 필터 중 어느 하나를 정수 필터를 이용할 수 있다.
상기 탄산 모듈(200)은 상기 정수 모듈(100)로부터 공급되는 정수에 이산화탄소를 주입하여 탄산수를 생성할 수 있다.
이 때, 상술한 바와 같이, 상기 정수 모듈(100)과 상기 탄산 모듈(200)을 연결하고 있는 배관에 유로 전환 밸브를 형성함으로써, 상기 정수 모듈(100)에서 생성한 정수를 상기 탄산 모듈(200)로 전달하거나, 정수 자체를 외부로 배출시켜 활용할 수도 있다.
상기 탄산 모듈(200)은 라인 믹서 형태로 형성되어 정수와 이산화탄소를 혼합하여 탄산수를 생성하거나, 분리막 접촉 형태로 형성되어 탄산수를 생성할 수도 있다. 또한, 정수를 저장하는 혼합 탱크를 구비하여 혼합 탱크 내의 정수로 이산화탄수를 주입하여 탄산수를 생성할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템의 탄산 모듈(200)의 혼합 탱크 형태를 나타낸 예시도이다.
상기 탄산 모듈(200)을 혼합 탱크 형태로 형성할 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 혼합 탱크부(210), 이산화탄소 공급부(220), 가스 레귤레이터부(230), 수위 조절 수단(211), 충진물(212), 압력계(213), 노즐(214) 및 배출구(215)를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 혼합 탱크 형태의 탄산 모듈은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 다양한 형태로 정수와 이산화탄소를 접촉시켜 탄산수를 생성할 수 있다.
상기 탄산 모듈(200)은 생성된 탄산수 내 탄산의 농도가 일정한 값에 도달할 경우, 이산화탄소가 정수로 더 이상 용존되지 않아 정수 내 정수와 이산화탄소가 동적평형상태에 도달함으로써 혼합 탱크에서 생성되는 탄산수의 농도 및 pH를 일정하게 유시할 수 있다.
좀 더 상세히 알아보자면, 상기 혼합 탱크부(210)는 상기 정수 모듈(100)로부터 정수를 전달받아 저장하면서 탄산수를 생성한다.
상기 이산화탄소 공급부(220)는 이산화탄소를 저장하고 있으며,
상기 가스 레귤레이터부(230)는 상기 이산화탄소 공급부(220)와 연결되어 상기 혼합 탱크부(210)로 공급되는 이산화탄소양을 제어할 수 있다.
상기 수위 조절 수단(211)는 상기 혼합 탱크부(210) 내에 형성되어, 상기 정수 모듈(100)로부터 공급되는 정수의 수위가 항상 일정하게 유지되도록 정수의 수위를 제어할 수 있다.
상기 충진물(212)은 상기 혼합 탱크부(210) 내의 구비되어 정수와 이산화탄소의 접촉면적을 증대시킬 수 있다.
상기 압력계(214)는 상기 혼합 탱크부(210)의 상부에 형성되어 상기 혼합 탱크부(210) 내의 압력을 센싱하여 외부로 나타낼 수 있다.
상기 노즐(214)은 상기 가스 레귤레이터부(230)와 연결되어, 상기 혼합 탱크부(210) 내에 이산화탄소를 일정하게 분사시킬 수 있다.
상기 배출구(215)는 상기 혼합 탱크부(210)의 하단에 형성되어 상기 혼합 탱크부(210)에서 생성된 탄산수를 배출시킬 수 있다.
상기 탄산 모듈(200) 또한, 상기 탄산 모듈(200)과 상기 수소수 모듈(300)을 연결하고 있는 배관에 유로 전환 밸브를 형성함으로써, 상기 탄산 모듈(200)에서 생성한 탄산수를 상기 수소수 모듈(300)로 전달하거나, 탄산수 자체를 외부로 배출시켜 활용할 수도 있다.
상술한 상기 탄산 모듈(200)을 통해서 이산화탄소가 정수에 용해되었을 경우 일어나는 반응은 하기의 반응식과 같다.
CO2(g) + H2O ↔ H2CO3
H2CO3 ↔ H+ + HCO3 -
HCO3 - ↔ H+ + CO3 2-
상기의 반응식은 이산화탄소가 정수에 용해될 경우, 생성되는 이온들은 전하를 이동시키는 전도체의 역할을 수행할 수 있음을 나타낸다.
다시 말하자면, 정수와 이산화탄소를 혼합시켜 생성시킨 탄산수는 정수의 전도도를 증대시킬 수 있어 상기 수소수 모듈(300)에서 전해반응을 이용하여 탄산수소수를 생성하는 과정에서 대용량의 전원장치를 이용하지 않더라도 충분한 수소 생성이 가능한 장점이 있다. 즉, 저전력으로 탄산수소수 생성을 위한 전해반응을 충분히 일으킬 수 있다.
하기의 표 1은 정수와, 정수에 이산화탄수를 주입하여 생성된 탄산수의 전도도 차이를 나타내고 있다.
| 정수 | 탄산수 | |
| 전도도(㎲/cm) | 3.28 | 38.8 |
| pH | 5.81 | 4.28 |
상기 탄산 모듈(200)은 생성된 탄산수를 상기 수소수 모듈(300)로 공급하며, 상기 수소수 모듈(300)은 상술한 바와 같이, 탄산수를 전해반응시켜 수소가 포함된 탄산수소수를 생성시킬 수 있다.
상기 수소수 모듈(300)은 상기 탄산 모듈(200)로부터 공급되는 탄산수를 전해시키는 전해조를 포함하며 상기 전해조에 의한 전해반응을 이용하여 탄산수소수를 생성할 수 있으며, 상기 전해조는 도 3에 도시된 바와 같이, 격막식 전해조 형태로 구성되거나 도 4에 도시된 바와 같이 무격막식 전해조 형태로 형성될 수 있다.
상기 수소수 모듈(300)은 전해조 내에서 상기 탄산 모듈(200)로부터 공급되는 탄산수를 전해액으로 이용하여 전기분해 반응시켜 수소가 포함된 탄산수소수를 생성할 수 있으며, 상기 수소수 모듈(300)에 이용되는 전극은 Pt 전극을 적용할 수 있다.
또한, 우수식으로 탄산수소수를 생성할 경우, 격막식 전해조를 이용하는 것을 바람직하며, 배치식으로 탄산수소수를 생성할 경우, 무격막식 전해조를 이용하는 것이 바람직하다.
일반적으로 물을 전기분해하면 일어나는 전극 반응은 하기의 반응식과 같다.
양전극(산화전극) : H2O(l) → 1/2 O2(g) + 2H+(aq) + 2e-
음전극(환원전극) : 2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq)
상기 수소수 모듈(300)을 도 3에 도시된 바와 같이, 격막식 적해조로 적용할 경우, 전해조 내에서 공급되는 탄산수를 전해하면서 전해조의 음극부에서는 수소가 발생하게 된다.
다시 말하자면, 격막식 전해조를 적용하여 탄산수를 전해할 경우, 음극부에서 출수되는 생성수는 수소가 포함된 탄산수소수이다.
허나, 음극부에서는 수소 외에도 수산화이온(OH-)도 같이 생성되므로 음극부에서 생성되는 수소수의 pH 농도가 7 이상, 즉 알칼리성의 수소수가 생성되게 된다.
패러데이 법칙에 의하면, 전기분해 반응시 생성되거나 소모되는 물질의 양은 이동하는 전하량에 비례하게 된다.
즉, 음극부에서 발생되는 수소의 양은 인가하는 전하량, 즉 전류 세기에 비례하기 때문에, 수소 발생을 증가시키기 위해서는 전극에 인가하는 전류세기를 증가시킬 경우 가능하게 된다.
허나 이 경우 수산화이온 발생량 역시 증가하기 때문에 결과적으로 생성되는 탄산수소수의 pH가 증가하여 음용수 범위인 pH 5.8 ~ 8.5를 초과하게 된다.
이를 위해서 본 발명의 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템은, 실온에서 이산화탄소가 용해되는 것으로 가정하고, 실온에서 이산화탄소의 용해도가 1,449mg/L인 것을 감안하여 실온에서 탄산수의 pH가 3.9로 가정할 경우,
상기 탄산 모듈(200)을 통해서 정수에 주입되는 이산화탄소의 양을 조절하여 생성되는 탄산수의 pH를 3.9 이상 범위에서 조정할 수 있다는 것을 의미한다.
이를 이용하여, pH가 조정된 탄산수를 상기 수소수 모듈(300)로 공급하여 격막식 전해조에서 전해반응 반응시, 탄산수에 있는 H+이온이 음극부에서 생성된 수산화이온과 중화반응하여 수산화이온이 제거되게 된다.
다시 말하자면, 상기 수소수 모듈(300)에서 격막식 전해조의 음극부에서 생성되는 수소의 양을 증대시키기 위해서 전해조에 인가되는 전류세기를 증가시킬 경우, 수산화이온의 생성량이 증가하여 상기 수소수 모듈(300)을 통해서 생성되는 탄산수소수의 pH 농도가 음용수 범위를 초과하게 된다.
허나, 상술한 바와 같이, 탄산수의 pH를 조정하여 상기 수소수 모듈(300)로 공급할 경우, 생성된 수산화이온이 탄산수에 포함된 H+이온과의 중화반응으로 제거되기 때문에 생성되는 탄산수소수의 pH를 음용수 범위 내로 제어할 수 있다.
또는, 상기 수소수 모듈(300)은 도 4에 도시된 바와 같이, 무격막식 전해조로 적용하여 공급되는 탄산수를 전해하여 탄산수소수를 생성할 수 있다.
상세하게는, 무격막식 전해조의 상기 수소수 모듈(300)은 상기 정수 모듈(100)로부터 정수가 일정 수위에 도달할 때까지 공급받고 상기 탄산 모듈(200)로부터 이산화탄소를 주입받아 탄산수를 생성할 수 있다.
이렇게 생성된 탄산수를 전해액으로 이용하여 전기분해 반응을 통한 탄산수소수를 생성하고, 생성된 탄산수소수를 외부로 배출하거나 충진 모듈(400)로 공급할 수 있다.
다시 말하자면, 상기 수소수 모듈(300)은 생성된 수소가 포함된 탄산수소수를 외부로 전달하거나 청량감과 물맛을 더한 미네랄이 포함되도록 충진 모듈(400)로 공급할 수 있다.
이 때, 상기 수소수 모듈(300) 또한, 상기 수소수 모듈(300)과 상기 충진 모듈(400)을 연결하고 있는 배관에 유로 전환 밸브를 형성함으로써, 상기 수소수 모듈(300)에서 생성한 탄산수소수를 상기 충진 모듈(400)로 전달하거나, 탄산수소수 자체를 외부로 배출시켜 활용할 수도 있다.
상기 충진 모듈(400)은 상기 수소수 모듈(300)로부터 공급되는 수소가 포함된 탄산수소수에 미네랄을 공급하여 청량감과 물맛이 좋은 미네랄이 포함된 탄산수소수를 생성할 수 있다.
상기 충진 모듈(400)은 MgO, MgCO3, Mg(OH)2 및 Mg(HCO3)2 중 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로 형성되어 상기 수소수 모듈(300)로부터 공급되는 수소가 포함된 탄산수소수를 상기의 충진 모듈(400)에 통과시켜 미네랄이 포함된 탄산수소수를 생성할 수 있다.
본 발명의 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템은 상기 정수 모듈(100), 탄산 모듈(200), 수소수 모듈(300) 및 충진 모듈(400)를 각각 구분하면서도, 각각의 모듈을 연결하고 있는 배관에 유로 전화 밸브를 형성하여 정수, 탄산수, 수소가 포함된 탄산수소수, 미네랄이 포함된 탄산수소수를 각각 배출시킬 수 있어 하나의 생성 시스템에서 다양한 종류의 물을 얻을 수 있어 다양하게 이용할 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 방법을 나타낸 순서도이다. 도 5를 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 탄산수 및 탄산수소수 생성 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, 정수 생성 단계(S100), 탄산수 생성 단계(S200), 제 1 탄산수소수 생성 단계(S300) 및 제 2 탄산수소수 생성 단계(S400)로 이루어질 수 있다.
각 단계에 대해서 자세히 알아보자면,
상기 정수 생성 단계(S100)는 상기 정수 모듈(100)에서 외부로부터 공급되는 원수를 정수 필터에 통과시켜 정수를 생성할 수 있다.
상기 탄산수 생성 단계(S200)는 상기 탄산 모듈(200)에서 상기 정수 생성 단계(S100)에서 생성된 정수를 공급받아, 정수에 이산화탄소를 공급하여 탄산수를 생성할 수 있다.
상기 제 1 탄산수소수 생성 단계(S300)는 상기 수소수 모듈(300)에서 상기 탄산수 생성 단계(S200)에서 생성된 탄산수를 전해액으로 이용하여, 전기분해 반응을 통해 수소가 포함된 탄산수소수를 생성할 수 있다.
상기 제 2 탄산수소수 생성 단계(S400)는 상기 충진 모듈(400)에서 상기 제 1 탄산수소수 생성 단계(S300)에서 생성된 수소가 포함된 탄산수소수에 미네랄 충진 모듈을 통과시킴으로써 미네랄이 포함된 탄산수소수를 생성할 수 있다.
즉, 다시 말하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법은, 정수와 함께, 음용에 적합한 탄산수, 수소가 포함된 탄산수소수, 미네랄이 포함된 탄산수소수를 하나의 시스템을 통해서 생성함으로써, 하나의 단일 시스템에서 다양한 음용수를 얻을 수 있어 다양하게 활용될 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한 정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 정수 모듈
200 : 탄산 모듈
210 : 혼합 탱크부
211 : 수위 조절 수단 212 : 충진물
213 : 압력계 214 : 노즐
215 : 배출구
220 : 이산화탄소 공급부
230 : 가스 레귤레이터부
300 : 수소수 모듈
400 : 충진 모듈
200 : 탄산 모듈
210 : 혼합 탱크부
211 : 수위 조절 수단 212 : 충진물
213 : 압력계 214 : 노즐
215 : 배출구
220 : 이산화탄소 공급부
230 : 가스 레귤레이터부
300 : 수소수 모듈
400 : 충진 모듈
Claims (7)
- 외부로부터 공급되는 원수를 정수시키는 정수 필터를 포함하는 정수 모듈(100);
상기 정수 모듈(100)로부터 공급되는 정수에 이산화탄소를 주입하여 탄산수를 생성하는 탄산 모듈(200);
공급되는 탄산수를 전해시키는 전해조를 포함하며, 상기 전해조에 의한 전해반응을 이용하여 탄산수소수를 생성하는 수소수 모듈(300); 및
상기 수소수 모듈(300)로부터 공급되는 탄산수소수를 통과시켜 미네랄을 공급하는 충진 모듈(400);
를 포함하여 구성되되,
상기 수소수 모듈(300)은
상기 탄산 모듈(200)로부터 공급되는 상기 탄산수를 전해액으로 이용하여 전기분해 반응시켜 음용 가능한 탄산수소수를 생성하고, 탄산수의 H+이온이 상기 수소수 모듈(300)에서 생성된 수산화이온과 중화반응을 일으켜, 생성되는 탄산수소수의 pH가 음용수 범위인 5.8 ~ 8.5를 유지하는 것을 특징으로 하며,
상기 정수 모듈(100), 탄산 모듈(200), 수소수 모듈(300) 및 상기 충진 모듈(400)은 각각의 모듈을 연결하는 배관에 유로 전환 밸브를 구비하여 정수, 탄산수, 탄산수소수 및 미네랄이 포함된 탄산수소수의 유로를 제어하는 것을 특징으로 하는 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 충진 모듈(400)은
MgO, MgCO3, Mg(OH)2 및 Mg(HCO3)2 중 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 정수 모듈(100)은
RO 필터(역삼투막 필터, reverse osmosis membrane filter), UF 필터(한외여과막 필터, ultrafiltration membrane filter), 침전 필터 및 활성탄 필터 중 어느 하나의 정수 필터를 포함하여, 상기 정수 필터에 원수를 통과시켜 정수시키는 것을 특징으로 하는 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 탄산 모듈(200)은
상기 정수 모듈(100)로부터 정수를 전달받아 탄산수를 생성하는 혼합 탱크부(210);
이산화탄소를 저장하고 있는 이산화탄소 공급부(220);
상기 이산화탄소 공급부(220)와 연결되어 상기 혼합 탱크부(210)에 공급되는 이산화탄소양을 제어하는 가스 레귤레이터부(230);
상기 혼합 탱크부(210) 내에 형성되어 공급되는 정수의 수위를 제어하는 수위 조절 수단(211);
상기 혼합 탱크부(210) 내에 구비되어, 정수와 이산화탄소의 접촉면적을 증대시키는 충진물(212);
상기 혼합 탱크부(210)의 상부에 형성되어 상기 혼합 탱크부(210) 내의 압력을 센싱하는 압력계(213);
상기 가스 레귤레이터부(230)와 연결되어 상기 혼합 탱크부(210) 내에 이산화탄소를 분사시키는 노즐(214); 및
상기 혼합 탱크부(210)의 하단에 형성되어 상기 혼합 탱크부(210)에서 생성된 탄산수를 배출시키는 배출구(215);
를 포함하는 혼합 탱크 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 탄산 모듈(200)은
라인 믹서 형태 또는 분리막 접촉 형태로 형성되어, 정수에 이산화탄소를 주입하여 탄산수를 생성하는 것을 특징으로 하는 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 수소수 모듈(300)은
격막식 전해조 형태 또는 무격막식 전해조 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템.
- 제 1항 내지 제 6항 중 선택되는 어느 한 항에 의한 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템을 이용한 탄산수 및 탄산수소수 생성 방법에 있어서,
외부로부터 공급되는 원수를 정수 필터에 통과시켜 정수를 생성하는 정수 생성 단계(S100);
상기 정수 생성 단계(S100)에서 생성된 정수에 이산화탄소를 공급하여 탄산수를 생성하는 탄산수 생성 단계(S200);
상기 탄산수 생성 단계(S200)에서 생성된 탄산수를 전해액으로 이용하여 전기분해 반응시켜, 수소가 포함된 탄산수소수를 생성하는 제 1 탄산수소수 생성 단계(S300); 및
상기 제 1 탄산수소수 생성 단계(S300)에서 생성된 수소가 포함된 탄산수소수를 미네랄 충진 모듈에 통과시켜 미네랄이 포함된 탄산수소수를 생성하는 제 2 탄산수소수 생성 단계(S400);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄산수 및 탄산수소수 생성 방법.
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| KR1020140179155A KR101627497B1 (ko) | 2014-12-12 | 2014-12-12 | 탄산수 및 탄산수소수 생성 시스템 및 그 생성 방법 |
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|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |