KR102121770B1 - 산소 발생 캡슐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 일회용 캡슐인 산소 발생 캡슐에 관한 것이다. 산소의 발생은 반응물과 물의 화학 반응에 의한다. 캡슐은 산소 공급 및 그것의 사용을 위해 기기 내에서 기기와 결합되도록 구성된다. 화학 반응은 사전 밀봉된 포트를 통해 물을 그 안으로 유입할 때 기기와 결합 시 캡슐 내에서 발생한다.

Description

산소 발생 캡슐

본 발명은 산소 발생을 위한 캡슐 및 그것이 이용될 수 있는 기기에 관한 것이다.

산소 발생을 위한 캡슐은 알려져 있다. 그러나, 미국 특허 제3,861,880호에 예시된 염소산염 양초(chlorate candle)와 같은 당업계에 공지된 캡슐은, 높은 발열 반응에서 산소를 생성한다. 이러한 산소 발생 용액은 비전문가에 의해 사용되는 가전 기기에는 사용할 수 없다.

본 발명은 산소 발생을 위한 캡슐, 일반적으로 일회용 캡슐에 관한 것이다. 산소의 발생은 반응물과 물의 화학 반응에 의한다. 반응물 중 하나인 물을 수반하는 산소 발생 반응은 일반적으로 발열 반응이 적다. 이것은 산소 발생 반응이 참여 요소-캡슐, 반응물 및 물-의 온화한 가열만을 수반한다는 것을 의미한다. 이는 상대적으로 저렴한 열가소성 재료로부터 캡슐이 만들어질 수 있고, 캡슐이 고온으로 가열되지 않기 때문에 열 보호 수단 없이(예를 들어, 맨손으로) 반응이 그 내부에서 일어나는 동안 또는 그 직후에 쉽게 처리될 수 있다. 반응물은 과탄산나트륨(sodium percarbonate, Na₂CO₃·1.5H₂O₂)일 수 있다. 캡슐은 또한 이산화망간(manganese dioxide, MnO₂)과 같은 촉매를 포함할 수 있다.

캡슐은 산소 공급 및 기기 내에서 그것의 사용을 위해 기기와 결합되도록 구성된다. 화학 반응은 사전 밀봉 포트를 통한 물 유입 하에 기기와 결합할 때 캡슐 내에서 발생한다. 포트는 물 도관 시스템에 연결된 기기의 커플링 장치에 유체-기밀 결합을 위해 구성된다. 이러한 결합에서, 포트는 개방되고, 물이 캡슐 내로 유입될 수 있고, 그 후 산소가 화학적으로 발생된다. 화학 반응의 반응물 중 하나인 물을 캡슐로부터 제거하면 원하지 않은 반응을 방지하고 운반 및 저장을 위해 캡슐을 안전하게 만든다.

커플링 장치는 산소 도관 시스템에 연결되어, 발생된 산소가 포트로부터 산소 도관 시스템 내로 유동하도록 한다. 대안적으로, 캡슐은 2개의 포트를 가질 수 있다. 하나는 캡슐 내로 물을 유입하기 위해 물 도관 시스템에 연결된 제1 커플링 요소에의 결합을 위한 것이고, 하나는 캡슐 내에서 생성된 산소의 수집 및 채널링(channeling)을 위한 산소 도관 시스템에 연결된 제2 커플링 요소에의 결합을 위한 것이다.

캡슐은 그 내부에 하나 이상의 구획을 갖는 인클로저를 규정하는 하우징을 갖도록 형성된다. 하우징은 일반적으로 유체-불투과성이고 특히 플라스틱 또는 금속과 같은 수분-불침투성 재료로부터 만들어진다. 상기 구획 중 적어도 하나는 일반적으로 파우더(powder) 형태의 건조 반응물을 포함한다. 캡슐은 캡슐의 내부에 하나 이상의(일반적으로, 하나이지만 이에 국한되지 않음) 밀봉된 포트를 갖는다. 밀봉된 포트는(예를 들어, 파열(rupturing)에 의해) 개방되도록 구성된다. 이러한 파열은 캡슐 내에 일체로 형성된 랜스(lance)에 의해 이루어질 수 있으며, 결합 시 또는 커플링 장치의 요소에 의해 밀봉을 파열할 수 있다. 캡슐 내에서 발생된 산소는 산소 도관 내로 유동한다. 물과 접촉 하에, 건조 반응물은 화학 반응으로 반응하여 산소를 발생시키고, 이는 개방된 포트를 통해 기기의 산소 도관 시스템 내로 유동한다.

일 실시예에서, 캡슐은 격벽(partition)에 의해 분리된 적어도 2개의 구획을 가질 수 있고, 제1 구획은 건조 반응물을 포함하고 적어도 제2 격실에 의해 밀봉된 개구로부터 이격되어 있다. 구획을 분리하는 격벽은 상기 결합 시 파열되거나 물과 접촉 하에 용해되는 막(membrane)일 수 있다.

캡슐은 산소-발생을 위한 촉매를 더 포함할 수 있다. 촉매는 건조 반응물과 동일한 구획 또는 별도의 구획에서 유지될 수 있고, 구획 사이의 격벽 파열 시 촉매는 반응물과 혼합된다.

일부 실시예에서, 캡슐은 캡슐 내부로부터 초과압을 방출하기 위한 안전 밸브를 포함한다.

상기한 바와 같이, 캡슐 내로 물이 유입하면 산소-발생 반응이 개시한다. 어떤 경우에는, 수용 기기(receiving appliance)로 공급되는 산소의 속도를 증가시키기 위해 산소-발생 반응의 속도를 증가시키는 수단이 제공될 수 있다. 이러한 수단은, 일 실시예에 따라 구획들 중 적어도 하나에 배치된 교반 요소(예를 들어, 자성-기반)로 구성될 수 있다. 교반 요소는(예를 들어, 캡슐과 기기의 결합 시 또는 캡슐 내로의 물 도입 하에) 기기에 의해 작동 가능하도록 구성될 수 있다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 구획의 상부로부터 하부로의 물의 유동을 허용하도록 구성된 상기 적어도 하나의 구획에 채널을 형성함으로써, 높은 반응 속도 및 그에 따른 높은 산소 발생률이 달성된다. 다른 실시예에 따르면, 높은 반응 속도는 교반 또는 진동 메커니즘에 의해 달성될 수 있다.

캡슐은, 캡슐의 특정 파라미터와 매치시키기 위해 그것의 작동에 영향을 주는(예를 들어, 물의 양, 산소로부터 오존을 발생시키는 오존 발생기를 작동시키는 시간 주기, 교반 기기, 교반 또는 진동 메커니즘 등) 기기 내부의 판독기가 판독할 수 있는 태그 또는 표시(예를 들어, 바코드, RFID, 기계식 태깅 라벨 등)를 구비할 수 있다. 또한, 그러한 태그 또는 표시는 캡슐의 우연한 재사용을 방지하는 디자인일 수 있다.

본 명세서의 다른 양태의 기기는 (1) 특정 캡슐을 수용하도록 구성되고; (2) (i) 유체-기밀 방식으로 캡슐과 결합하고, (ii) 그 내부에 물을 유입시키고, 그리고 (iii) 산소 발생을 위한 조건을 제공하도록 구성된 물-유입 유동 시스템을 포함하며, (3) 산소를 이용하도록 구성된다.

본 명세서에 개시된 내용을 더 잘 이해하고, 그것이 실제로 수행될 수 있는 방법을 예시하기 위한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 비-제한적인 예로서만 설명될 것이다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예의 캡슐의 개략적인 종단면도이다.
도 2 및 3은 반응물 이외의 촉매를 포함하는 본 명세서의 캡슐의 다른 실시예의 개략적인 종단면도이다.
도 4는 반응물-보유 구획의 상부로부터 그것의 하부로 물을 채널링하기 위한 채널이 형성된 본 명세서의 다른 실시예의 캡슐의 개략적인 종단면도이다.
도 5는 자기 교반 요소를 포함하는 본 명세서의 다른 실시예의 캡슐의 개략적인 종단면도이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시예의 캡슐과 기기의 커플링 장치와의 결합을 보여주는 개략도이다.
도 7은 본 명세서의 기기의 예시적인 실시예의 개략도이다.

도 1은, 우수한 밀봉부(104)에 의해 밀봉된 동심 함몰부(109)의 중앙에 포트(106)를 구비하며, 플라스틱 또는 금속과 같은 불침투성 재료로 일반적으로 만들어진 하우징(102)을 갖는 캡슐(100)을 도시한다. 밀봉부는 기기의 커플링 장치(미도시)의 예를 들어, 랜스인 요소에 의해 파열되어 개방될 수 있고, 이는 아래의 비-제한적 방식으로 또한 예시된다. 주변 포트(106)는 커플링 장치와 밀봉된 결합을 제공하는 상향으로 접하는(abutting) 동심 탄성중합체 밀봉 요소(108)이다. 따라서, 링(108)은 캡슐(100)으로부터 주변으로의 가스 유출을 방지한다. 캡슐(100)은 2개의 구획, 제1 반응 구획(110A) 및 제2 스페이서 구획(110B)을 갖는다.

반응 구획(110A)은 일반적으로 파우더 또는 과립(granulated) 형태의 건조 반응물(112)을 보유한다. 건조 반응물(112)은 그것이 물과 접촉할 때 산소-발생 반응을 시작하는 종류의 것이다.

반응 구획(110A)과 스페이서 구획(110B)은 격벽(114)에 의해 분리된다. 격벽(114)은 물에 의해 용해될 수 있고, 따라서 물과 접촉 하에 분해되어 물과 반응물(112) 간의 접촉을 허용한다. 다른 실시예에 따르면, 격벽은 기기의 커플링 장치의 요소에 의해 파열될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 캡슐은 커플링 장치를 갖는 캡슐과의 결합 시 파열 격벽(114)으로 바뀌는 일체형 랜스 요소를 가질 수 있다. 격벽(114) 및 스페이서 구획의 포함은 어떤 이유, 예를 들어, 운송 및 보관 중에 잘못 취급한 것에 대한 결과, 로든 밀봉부(104)의 온전함이 절단되는 경우, 캡슐 내로 유출될 수 있는 수분과 반응물의 접촉에 대한 추가적인 안전 수단을 제공한다. 알 수 있는 바와 같이, 이러한 원하지 않은 수분의 유입은 원하지 않은 산소-발생 반응을 유도할 수 있다.

이하에서 더 설명되고, 알 수 있을 바와 같이, 다른 실시예의 캡슐은 2개의 구획 이외의 다른 구획을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 명세서의 캡슐은 단일의 반응물-보유 구획을 가질 수 있거나, 3개의 구획을 가질 수 있으며, 그 중 하나는 반응물을 보유하고 다른 하나는 촉매를 보유한다.

건조 반응물과 수분의 접촉은 재료의 약화를 유발할 수 있는 산소-발생 반응을 개시할 수 있다. 따라서, 이러한 원하지 않은 반응을 방지하기 위해 캡슐(또는 적어도 그 반응물-보유 구획)의 내부는 진공 하에 있을 수 있다.

물이 캡슐(100) 내로 유입되고 건조 반응물과 접촉하면, 산소가 발생되는 반응이 개시되고, 개구를 통해 산소 도관 시스템(이하 참조)으로 배출된다. 어떠한 이유로든 포트(106)를 통해 배출되지 않고 축적된 발생 산소로 인해 캡슐 내의 압력이 증가하는 경우, 캡슐(100)에 안전 밸브(116)가 제공된다. 안전 밸브(116)는 하우징(102)과 일체로 형성되고, 개방(예를 들어, 캡슐 내의 압력이 소정의 임계치에 도달하면 그 밀봉부(117)의 압력-유도 파열을 통한)되도록 구성되어, 안전 밸브(116)를 통해 캡슐(100) 내에 가압된 가스를 방출하게 된다.

캡슐(100)은 일반적으로 하우징의 외면에 위치하며, 기기의 동작을 나타내는 데이터를 전송하는 마크(mark) 또는 태그(155)를 가질 수 있다. 마크(155)는 캡슐(100)을 수용하도록 구성된 기기에 의해 판독 가능하고, 방사선 반응 시스템(예를 들어, RFID, 바코드), 기계적 마킹 또는 당업계에 알려진 다른 판독 가능한 마킹을 표시하는 다른 데이터 형태일 수 있다. 기기의 작동은 마크(155)에 의해 전송된 데이터에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 캡슐이 오존-발생 기구에 수용되는 경우, 마크(155)의 데이터는 오존-발생 전극의 작동 시간의 증가 또는 감소를 유도할 수 있다. 다른 예에서, 마크(155)에 의해 전송되는 데이터는 사용된 캡슐의 재사용을 방지할 수 있다.

도 2, 3, 4, 5 및 6에서, 도 1과 동일한 요소에는 각각 100, 200, 300, 400 및 500만큼 이동된 동일한 참조번호가 주어진다. 따라서, 예를 들어, 도 2의 요소(202)는 도 1의 요소(102)와 동일한 기능을 수행한다.

도 2는 화학 반응물(212)을 보유하는 반응물 구획(210A), 일반적으로 파우더 또는 과립 형태이며, 반응물 및 물 사이의 산소-발생 반응을 촉매화하는 촉매(222)를 보유하고, 반응물 구획(210A) 상부의 촉매 구획(210B), 그리고 셋째로, 최상부 스페이서 구획(210C)의 3개의 구획을 포함하는 캡슐(200)을 도시한다. 구획들은, 구획(210 및 210B) 사이 그리고 구획(210B 및 210C) 사이 각각에 형성된 격벽(214A 및 214B)에 의해 분리된다.

개방된 포트(206)를 통한 물의 유입 시, 격벽(214B)은 분해되어 구획(210B) 내로의 물의 유입을 허용하여, 그 후에 격벽(214A)의 분해 및 그 결과로 촉매(222)에 의해 촉매화된 반응물(212)에 의해 산소-발생 반응을 일으킨다.

도 3에 도시된 캡슐(300)은, 도 2와 비교하여, 도 1의 캡슐과 유사한 일반적인 구조를 갖는 2개의 구획(310A 및 310B)만을 갖는다는 점과, 반응물(312)과 동일한 구획 내에 촉매(322)가 포함된다는 점이 상이하다.

도 4에 도시된 캡슐(400)은 또한 도 1의 캡슐에 상응하는 구획과 유사한 기능을 갖는 2개의 구획(410A 및 410B)을 갖는다. 도관(430)에 의해 규정된 채널은, 격벽(414)의 붕괴 또는 파열 후에, 구획의 상부(432B)로부터 그것의 하부(432A)로 화살표 W의 일반적인 방향으로 물이 흐르도록 기능하는 구획(410A) 내에 형성되며, 이로 인해 산소-발생 반응의 속도를 증가시킨다. 도관(430)은 반응물(412)의 주변 부분으로 물의 유동을 허용하기 위해 물이 샌다.

격벽(514)에 의해 분리되는 2개의 구획(510A 및 510B)를 갖는 캡슐(500)을 도시하는 도 5가 이제 참조된다. 구획(510A)은 화학 반응물(512)을 보유한다. 구획(510A)에 포함된 자기 교반 요소(524)는 또한 기기(미도시)의 일부인 외부 자기 교반 메커니즘의 유도에 의해, 화살표 M으로 나타낸 바와 같이 축을 중심으로 회전할 수 있다. 포트(506)를 통해(밀봉부(504)의 파열 후에) 물이 캡슐(500) 내로 유입되면, 자기 교반 메커니즘이 활성화되고 이로 인하여 자기 교반 요소(524)의 회전을 유도한다. 이러한 교반은 산소-발생 반응의 속도를 증가시키고, 산소 발생 및 포트(506) 외부로의 출력을 더 빠르게 한다.

도 6은 캡슐(600)과 연결하도록 구성되는 커플링 장치(650)의 예시를 도시한다. 캡슐(600)은 짧은 목부(607)의 상부에 있고, 밀봉부(604)에 의해 밀봉되는 포트(606)를 갖는다. 캡슐은 반응물(612) 및 안전 밸브(616)를 포함한다. 커플링 장치(650)는 O-링(656)을 갖는 넥(neck) 용기(652)를 포함하며, 목부가 용기(652) 내에 끼워지면 캡슐과 유체-기밀 밀봉을 형성한다.

랜스 요소(658)는 커플링 장치(650) 내에 포함되고, 캡슐이 그 목부(607)가 용기(652) 내에 수용되도록 도 6에 도시된 위치로부터 상승되면, 밀봉부(604)는 랜스 요소(658)에 의해 파열되어 포트(606)를 개방한다. 일부 실시예에 따르면, 랜스의 위치, 그 길이 및 격벽(614)의 위치는, 밀봉부(604) 파열에 추가하여, 랜스가 캡슐 내에 선택적으로 포함된 선택적 격벽(614)을 파열하도록 구성될 수 있다. 캡슐 및 커플링 장치 사이의 결합은 또한 커플링 장치(650)를 캡슐 방향으로의 하강 메커니즘(미도시)에 의해 낮추는 것에 의해 얻어질 수 있다는 것을 알아야 한다.

넥 용기(652)는, 말단 세그먼트(660)가 도시된 물 유동 시스템과 유체 연통하며, 제어 밸브(662)(화살표 U에 의해 표시된 방향으로만 유동을 허용함)로 일방향으로 끼워지고, 초기 세그먼트(664)만이 도시된 산소 도관 시스템과 또한 유체 연통된다.

캡슐(600)이, 수동으로 또는 승강 메커니즘(미도시)을 통해 위로 상승시킴으로써 커플링 장치(650)에 결합되면, 밸브(662)는 개방되어 일정량의 물이 캡슐(600) 내로 진입할 수 있게 된다. 화학 반응의 결과 산소를 발생시키고, 산소가 포트(606)를 통해 배출되어 세그먼트(664) 내로 유동한 다음, 기기에 의해 사용되기 위해 산소 도관 시스템으로 유동한다.

도 6에 도시된 실시예에서, 유체-기밀 결합의 형성은 O-링(656)이 목부(607)의 외부 표면과 단단히 결합하는 것을 통해 이루어지고, 이러한 유체-기밀 결합은 하우징을 갖는 캡슐의 도 1 내지 5에 도시된 종류와는 다른 것이다. 유체-기밀 결합은 중앙 개구를 갖는 커플링 요소의 대향 평면에 대해 압축하는 동심 탄성중합체 밀봉 요소(concentric elastomeric sealing element)(108, 208, 308, 408, 508)를 캡슐의 함몰된 중앙 부분(109, 209, 309, 409, 509) 내에 끼워 맞추는 것에 의해 확보된다.

도 1 내지 5에 도시된 종류의 캡슐과의 결합을 위한 커플링 장치에 부가하여, 밀봉부(504)를 파괴 또는 파열하기 위한 요소가 도 6과 상이하게 구성될 것이다.

도 7은 본 명세서의 일 실시예의 기기의 개략도이다. 기기(701)는 잇몸 치료용 오존처리수(ozonated water)(PCT 출원 공보 WO 2016/012998호에 개시된 용도와 유사함)의 생산 및 사용을 위한 예시적인 기기이다.

기기(701)는 펌프(727)를 통해, 용기(703) 상부에서 커플링 장치(750)를 갖는 물 유동 시스템(725)에 의해 연결되는 물 저장소(705)를 포함한다. 또한 도관 세그먼트(713)를 통해 오존 발생기(715)에 연결된 산소 필터(711)를 포함하는 산소 도관 시스템(764)이, 도관(727)을 통해 저장소(705)로 유동하여 저장소 내의 물을 오존 처리한 다음, 펌프(719)에 의해 분출 기기(721)로 펌핑되어 잇몸에 오존처리수를 전달하기 위해 노즐(723) 외부로 분출된다.

상기 기기는 전술한 PCT 출원 제 WO 2016/012998호에 일반적으로 개시된 종류와 다른 요소를 포함한다.

Claims (13)

1. 기기(appliance)용 캡슐로서,
   하나 이상의 구획을 갖는 인클로저(enclosure)를 형성하는 하우징으로서, 상기 구획 중 적어도 하나는 물과 접촉 하에 산소-발생 반응에 참여하는 건조 반응물을 포함하는, 하우징; 및
   상기 기기의 판독기에 의해 판독 가능하며, 상기 기기의 작동을 표시하는 데이터를 전송하는 마크(mark);를 포함하며,
   상기 하우징은, 상기 기기의 물-유입 유동 시스템과 유체-기밀 결합하고 또한 상기 기기의 물-유입 유동 시스템에 의해 개방되도록 구성된 밀봉된 포트를 가지며,
   상기 캡슐은 상기 기기와 결합하도록 구성되고, 상기 기기는 산소로부터 오존을 발생시킬 수 있는 오존 발생기를 포함하는 오존 발생 기기이고, 상기 마크의 데이터는 오존 발생기의 작동에 영향을 미치는,
   캡슐.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 건조 반응물은 파우더(powder) 형태인,
   캡슐.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 캡슐은 격벽(partition)에 의해 분리된 적어도 2개의 구획을 포함하고, 제1 구획은 상기 건조 반응물을 포함하고 제2 구획에 의해 상기 밀봉된 포트로부터 이격되어 있는,
   캡슐.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 격벽은 물과 접촉 시 또는 파열 요소에 의해 유도된 압력에 의해 파열되는 막인,
   캡슐.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 구획 중 적어도 하나는 산소-발생 반응을 위한 촉매를 포함하는,
   캡슐.
   
6. 제1항에 있어서,
   캡슐 내의 과잉의 가스압을 방출하기 위한 안전 밸브를 더 포함하는,
   캡슐.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 구획 중 적어도 하나는 진공 하에 있는 것인,
   캡슐.
   
8. 제1항에 있어서,
   캡슐의 내용물을 교반하기 위해 상기 기기의 교반 메커니즘에 의해 작동 가능한 교반 요소를 포함하는,
   캡슐.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 교반 메커니즘은 캡슐 내로 물의 유입 후에 활성화되는,
   캡슐.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 구획은 채널로 형성되고, 상기 채널은 구획의 상부로부터 하부로 물의 유동을 허용하도록 구성된,
    캡슐.
    
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마크에 의해 전송된 데이터는 오존-발생 전극의 작동 시간에 영향을 미치고 및/또는 상기 캡슐의 재사용을 방지하는,
    캡슐.
    
12. 삭제
13. 삭제

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