KR102562535B1

KR102562535B1 - 탄산수 제조모듈

Info

Publication number: KR102562535B1
Application number: KR1020210153701A
Authority: KR
Inventors: 장석은; 차연구
Original assignee: 주식회사 영원코퍼레이션
Priority date: 2021-11-10
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2023-08-02
Also published as: KR20230067941A

Abstract

본 발명은 탄산 가스와 물을 공급받아 음용 가능한 탄산수를 생성하는 탄산수 제조모듈과 관련되며 실시예로, 물과 탄산 가스로부터 탄산수를 생성하는 탄산수 제조모듈에 있어서, 물유입관로와 연결되면서 단면적이 점차 확대되는 확산공간부와, 상기 물유입관로와 이어지는 상기 확산공간부의 선단부에 연결되는 가스유입관로를 구비하는 벤츄리 노즐부, 상기 벤츄리 노즐부에 연결되며, 물과 탄산 가스가 혼합된 탄산수가 배출되는 배출관로를 구비하는 오리피스부, 상기 물유입관로로 물을 정유량으로 공급하는 유체펌프와 유량밸브 및 상기 가스유입관로에 탄산 가스를 정압으로 제공하는 레귤레이터를 포함하고, 상기 배출관로의 단면적은 상기 물유입관로의 단면적보다 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄산수 제조모듈을 제공한다.

Description

탄산수 제조모듈{Sparkling water producing module}

본 발명은 탄산 가스와 물을 공급받아 음용 가능한 탄산수를 생성하는 탄산수 제조모듈과 관련된다.

산업 발전과 더불어 주변 환경오염이 심각해짐에 따라 식생활에 직결되는 수자원의 오염이 가중되어 왔다. 근래에는 건강한 먹는 물에 대한 소비자의 관심이 커지고 있다. 이러한 물 시장의 추세에 따라 깨끗한 지하수로 생수를 제조하는 업체가 증가하고 있으며, 최근에는 심층수 영역까지 확대되고 있다. 이러한 자연수는 공급량이 한정되어 있으며 수돗물에 비하여 고가이므로, 수돗물 등을 정수하는 정수기 산업 또한 발전되고 있다.

물공급장치의 발전 양상 중 하나는 소비자의 기호에 따른 물 처리이다. 특히 계절의 변화에 따라 소비자는 차가운 물이나 따뜻한 물을 마시기를 원한다. 그에 따라 물의 온도를 조절하여 제공하는 냉온수기가 제공된다. 현재 냉온수기는 생수 공급 업체가 제공하는 디스펜서 장치에 부가적인 기능으로 내장되어 있으며, 수돗물을 정화하여 제공하는 정수기에도 부가적인 기능으로 내장되어 제공되는 것이 일반적인 추세이다.

소비자의 기호를 위한 물공급장치의 발전 방향 중 하나는 탄산수의 생성 및 제공 기능이다. 탄산수의 생성은 이산화탄소를 물에 용해시키는 방식으로 생성되는데, 이는 콜라나 사이다 등의 탄산 음료나 생맥주의 생성 방법과 거의 동일한 방식이다. 탄산수의 질은 물에 녹는 이산화탄소의 양 즉, 탄산 가스압에 따른 톡 쏘는 느낌의 정도에 따라 달라진다고 볼 수 있다.

높은 탄산 가스압의 탄산수를 제공하는 방식 중 하나는 대한민국 공개특허 제10-2013-0006029호로 소개된 바와 같이, 냉수와 고압의 탄산 가스를 저장하는 탄산수 탱크를 운영하는 것이다. 고압 환경을 유지하여 탄산 가스 용해도를 높이는 장점이 있지만, 탱크 용량에 따라 일회에 제공할 수 있는 탄산수 수량이 한정되는 단점이 있다.

이를 개선하고자, 대한민국 공개특허 제10-2004-0108730호 등에는 냉수(원수)에 탄산 가스를 직접 주입하고, 이를 용해시켜 탄산수를 생성함과 동시에 사용자에게 제공하는 장치가 개시되어 있다. 종래의 기술에 따른 연속식 탄산수 생성 배출 시스템은 소비자가 한 번에 다량의 탄산수를 얻을 수 있게 하지만 물과 탄산 가스를 혼합하는 데 있어 물을 가압시키는 고압 펌프를 요구하여, 혼합 효율을 늘리기 위해 매우 좁은 유로를 정밀하게 제조하여야 하는 등 고가의 장비와 까다로운 운영 조건을 필요로 하는 단점이 있다. 또한 그럼에도 불구하고 충분한 탄산 가스압을 얻을 수 없는 단점도 있다.

대한민국 공개특허 제10-2013-0006029호 (2013.10.16) 대한민국 공개특허 제10-2015-0029334호 (2015.03.18) 대한민국 공개특허 제10-2004-0108730호 (2004.12.24)

본 발명은 일반적인 냉온수기에서 사용하는 저압 저유량의 물 흐름에서도 충분한 탄산 가스압으로 탄산수를 연속 생산할 수 있는 탄산수 제조모듈을 제공하고자 한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 물과 탄산 가스로부터 탄산수를 생성하는 탄산수 제조모듈에 있어서, 물유입관로와 연결되면서 단면적이 점차 확대되는 확산공간부와, 상기 물유입관로와 이어지는 상기 확산공간부의 선단부에 연결되는 가스유입관로를 구비하는 벤츄리 노즐부, 상기 벤츄리 노즐부에 연결되며, 물과 탄산 가스가 혼합된 탄산수가 배출되는 배출관로를 구비하는 오리피스부, 상기 물유입관로로 물을 정유량으로 공급하는 유체펌프와 유량밸브 및 상기 가스유입관로에 탄산 가스를 정압으로 제공하는 레귤레이터를 포함하고, 상기 배출관로의 단면적은 상기 물유입관로의 단면적보다 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄산수 제조모듈을 제공한다.

다른 실시예로 상기 벤츄리 노즐부와 상기 오리피스부 사이에는, 상기 확산공간부를 통과한 탄산수가 머물다가 배출되는 확장공간부를 형성하는 버블배럴부가 구비될 수 있다.

나아가 상기 벤츄리 노즐부의 후단부에는 탄산수를 확산 배출시키는 확산노즐부재가 구비되며, 상기 확산노즐부재에는 탄산수가 통과하는 복수의 노즐홀이 구비되고, 모든 상기 노즐홀의 단면적의 합은 상기 물유입관로의 단면적과 동일하거나 그보다 작을 수 있다.

또한 상기 버블배럴부의 내측으로 상기 배출관로가 돌출될 수 있다.

또 다른 실시예로 상기 배출관로와 연결되며, 탄산수가 지나가는 흐름 통로를 구비하는 흐름조절부재를 포함할 수 있다. 이때 상기 흐름조절부재는 상기 흐름 통로의 단면적을 좁혀 탄산수의 흐름량을 한정하는 초킹부와, 상기 초킹부 후방에 장착되어 있는 체크밸브를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예로 흐름조절부재는 복수가 병렬되게 구비되고, 상기 배출관로에서 나오는 탄산수는 분기되어 각 상기 흐름조절부재에 유입될 수 있다.

또 다른 실시예로 상기 배출관로에는 믹싱공간을 형성하는 혼합용기부가 연결되고, 상기 혼합용기부에서는 상기 배출관로로 유입된 탄산수는 상기 믹싱공간의 천장으로부터 아래로 분출되어 상기 믹싱공간에 머무는 탄산수의 수면과 충돌하면서 기포가 형성되고, 상기 믹싱공간에 저장된 탄산수는 상기 혼합용기부의 바닥측에 구비된 유출관로를 통해 상기 믹싱공간을 빠져나가도록 구성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 높은 탄산 가스압을 가진 탄산수를 사용자에게 연속적으로 제공할 수 있다. 탄산 제조모듈에 탄산수를 미리 저장해 둘 필요가 없으며, 탄산수의 재생성에 필요한 시간에 따른 탄산수 제공 서비스의 지연이나 저압 탄산수의 배출 등의 기존 탄산수 제공장치의 문제점이 해소된다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 물공급장치와 관련된 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄산수 제조모듈의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄산수 제조모듈의 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄산수 제조모듈의 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄산수 제조모듈의 개략적인 단면도.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 탄산수 제조모듈의 개략적인 단면도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 탄산수 제조모듈 및 이를 포함하는 물공급장치의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 도면들과 실시예들에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용하기로 한다.

또한 이하의 설명에서 '제1', '제2' 등의 용어는 기술적 의미가 동일성 범위에 있는 구성요소를 편의상 구별하기 위하여 사용된다. 즉, 어떠한 하나의 구성은 임의적으로 '제1구성' 또는 '제2구성'으로 명명될 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 적용된 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 통하여 제한 해석해서는 아니된다. 이 기술분야에 속하는 전문가의 견지에서 도면에 도시된 일부 또는 전부가 발명의 실시를 위하여 필연적으로 요구되는 형상, 모양, 순서가 아니라고 해석될 수 있다면, 이는 청구범위에 기재된 발명을 한정하지 아니한다.

또한 도 2 내지 도 3에서 관로나 공간의 인식이 용이하도록 일부 구성에 대해서는 과장하여 표현하고 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 물공급장치의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 물공급장치(200)는 냉수를 생성하고, 저장하는 냉수탱크(310), 냉수탱크(310)에 냉매를 공급하는 냉각유닛(300), 탄산수 제조모듈(100), 유량 제어용 밸브나 유체펌프(330)를 작동 제어하는 제어부(400)를 포함한다.

또한, 구체적으로 도시하지 아니하였으나 냉수를 배출하는 배관, 유체펌프, 밸브를 구비하고 있으며, 나아가 온수 배출을 위한 온수탱크, 히터, 배관, 유체펌프, 밸브 등을 더 구비할 수 있다. 이들 구성요소들은 온수나 냉수를 제공하는 통상적인 물공급장치에 구비되는 구성들과 사실상 동일할 수 있다.

물공급장치(200)는 온도가 낮은 냉수를 탄산수 제조모듈(100)에 제공한다.

공지된 방식의 냉동 사이클을 운영하는 냉각유닛(300)은 제어부(400)에 의해 작동 제어되며, 냉수탱크(310)를 감싸는 냉각 코일에 냉매를 공급하여 냉수를 생성한다. 이렇게 생성된 냉수는 도시를 생략한 별도의 유체펌프나 배관을 거쳐 밸브를 구비한 디스펜서(500)를 통해 사용자에게 배출될 수 있다.

냉수탱크(310)과 탄산수 제조모듈(100)을 연결하는 취출라인(320)에는 유체펌프(330)와 유량밸브(340)가 구비된다. 여기서 유체펌프(330)는 탄산수 제조모듈(100)에 일정한 압력으로 냉수가 제공될 수 있도록 가압하는 데에 사용된다.

냉수탱크(310)를 운용함에 있어서, 냉수탱크 내부로 새로 주입되는 물에 의해 냉수가 밀려 배출되는 구조를 채택할 수 있다. 이때 냉수탱크(310)에 상온수를 주입하는 원수라인에 유체펌프가 구비되어, 상온수를 높은 압력으로 냉수탱크에 주입하고, 이로써 배출되는 냉수가 일정 수준의 수압을 가지도록 구성할 수 있다.

이러한 경우에는 냉수탱크로부터 가압된 냉수가 배출되어 탄산수 제조모듈에 제공되므로, 냉각모듈과 탄산수 제조모듈을 연결하는 취출라인에 유체펌프를 생략할 수 있다.

유량밸브(340)는 탄산수 제조모듈(100)에 공급되는 냉수를 정유량으로 맞춰주기 위한 것이다. 유량밸브(340)의 구성은 다양하게 공지된 것들 중 하나를 선정하여 사용할 수 있다. 나아가 이러한 유량밸브(340)는 제어부(400)에 의해 감시되고 작동 제어되는 것일 수 있다.

유량밸브(340)는 탄산수 제조모듈(100)에 고읍되는 냉수를 저유량으로 조절하기 위한 것이다. 여기서 저유량은 일반 가정에서의 수도 입수량 정도이며, 분당 2 리터 내지 분당 4 리터 수준일 수 있다..

구체적으로 정수 기능을 겸비한 냉온수기에서, 수원으로 통상 수돗물을 사용하며, 냉수탱크의 냉수 배출 등의 작동은 상수도 압력 수준에서 이루어진다.

연속적인 탄산수 생성 및 배출 위하여 수원으로 사용하는 수돗물의 유량에 맞춰 탄산수 제조모듈이 작동되는 것이 유리하다.

이러한 유체펌프(330)와 유량밸브(340)는 탄산수 제조모듈(100)로 유입되는 냉수의 압력과 유량을 안정화시키는 역할도 있다.

탄산 가스는 이산화탄소 저장탱크(600)에서 공급되며, 레귤레이터(610)에 의해 일정한 압력으로 조절되어 탄산수 제조모듈(100)에 제공된다. 여기서 레귤레이터(610)는 다양하게 공지된 것들 중 하나를 선정하여 사용할 수 있으며, 특히 제어부(400)에 의해 작동이 감시되고 제어되는 것일 수 있다. 제어부는 이를 위한 센서나 제어 로직을 구비하고 있다.

탄산수 제조모듈(100)은 유입된 물(냉수)에 탄산 가스를 용해시켜 탄산수를 생성하는 것이다. 탄산수 제조모듈(100)에는 물과 탄산 가스가 연속적으로 유입되고, 이들이 혼합된 후 곧이어 제조모듈 밖으로 빠져 나가는 구조로, 탄산수의 생성이 연속적으로 이루어진다.

탄산수 제조모듈(100)의 배출 라인에는 탄산수의 배출 유량을 조절하는 유량밸브(350)가 구비된다. 여기서 유량밸브(350)는 전술한 냉수 유량 조절용 유량밸브(340)와 동일한 것을 채택할 수 있다. 탄산수 배출 라인의 유량밸브(350)는 냉수용 유량밸브와 함께 사용되어 탄산수 제조모듈을 지나가는 물 또는 탄산수의 유량을 미세 조정하는 데에 사용된다. 이로써 탄산수의 배출 유량을 일정 수준으로 낮춤으로써 탄산수 제조모듈(100)에서 탄산 가스가 냉수에 잘게 나뉘어 혼합될 수 있는 압력 구배를 형성하고, 탄산 가스의 용해 작동과 탄산수의 배출이 원활하게 이루어지도록 도울 수 있다.

제어부(400)는 탄산수 제조모듈의 작동을 감시하고, 정상적인 운영이 이루어지도록 각종 밸브나 펌프를 작동 제어하는 부재이다.

도시하지 아니하였으나 제어부는 각 라인에 연결된 압력계들이나 유량계들을 구비하여 탄산수 제조모듈에 유입되는 냉수나 배출되는 탄산수 압력과 유량을 감지하도록 구성될 수 있다. 또한 탄산 가스의 압력을 측정하여 의도한 탄산 가스 압력을 유지하도록 레귤레이터를 작동 제어할 수 있다. 이를 위해 제어부는 공지된 전자 부품들과 전기회로를 구비한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄산수 제조모듈과 관련된다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 탄산수 제조모듈(100)은 벤츄리 노즐부(10)와 오리피스부(20)를 포함한다. 나아가 앞서 설명한 냉수(물)를 정유량으로 공급하는 유체펌프와 유량밸브와, 탄산 가스를 정압으로 제공하는 레귤레이터를 구비한다.

벤츄리 노즐부(10)에는 물이 유입되는 직선형 관인 물유입관로(11)와, 이 물유입관로(11)와 연결되면서 단면적이 점차 확대되어는 확산공간부(A1)가 형성되어 있다.

물유입관로(11)는 좁은 직경의 단면으로 곧고 긴 직선형 유로로 형성된다. 좁은 단면을 가지며 곧게 뻗은 형태의 물유입관로(11)의 내주면에 의한 흐름 저항으로, 물유입관로(11) 자체가 물의 흐름을 저유량으로 낮추는 역할을 하게 된다.

냉수탱크에서 제공되는 냉수의 압력과 유량 조건에 따라 물유입관로를 거치면서 탄산수 제조모듈로 유입되는 유량을 충분히 낮추어질 수 있으며, 이 경우에는 탄산수 제조모듈 전방의 유체밸브가 생략될 수 있다.

한편 물유입관로(11)와 확산공간부(A1)가 연결되는 부분과 인접한 확산공간부(A1)의 선단부에는, 탄산 가스가 주입되는 가스유입관로(12)가 연결된다. 가스유입관로(12)에는 이산화탄소 저장탱크롤부터 제공되는 탄산 가스가 주입된다.

저유량으로 맞춰져 들어온 물이 확산공간부(A1)로 퍼져 나가기 시작하는 즈음에, 탄산 가스가 물에 주입된다. 여기서 탄산 가스의 압력은 물유입관로에서 토출되는 물의 압력과 동일하거나 살짝 높게 설정된다.

가스유입관로(12)가 확산공간부(A1)와 연결되는 지점은, 물유입관로(11)와 확산공간부(A1)가 만나는 지점보다 다소 후방에 위치한다. 즉, 가스유입관로(12)는 확산공간부(A1)의 시작 지점 부근의 비스듬한 내벽에 연결된다.

이로써 가스유입관로(12)로 들어온 고압의 탄산 가스는, 주입된 위치로부터 후방으로 확보된 넓은 공간으로 빠르게 확산되어 물 속으로 퍼져 나가게 된다. 즉 주입된 탄산 가스는 1차로 물과 충돌하면서 작은 기포로 나뉘고, 2차로 확장공간부의 점차 넓어지는 단면적에 따라 물이 퍼지는 경로를 따라서 점차 넓어지는 확산공간부(A1)로 퍼져 나가 빠르게 분산되어 물과 섞여 접촉 기회를 크게 증대시킨다.

그에 따라 물과 탄산 가스 기포의 혼합이 적극적으로 이루어져 탄산수가 신속하게 생성된다.

또한 확산공간부(A1)를 통과하면서 느려진 유속만큼 내부 압력이 증가하게 된다. 잘게 나뉜 탄산 가스 방울은 더욱 작아져 물과 접촉면적이 더 증가되고, 뒤섞이면서 탄산 가스의 용해가 추가로 진행된다.

한편 오리피스부(20)는 벤츄리 노즐부(10)의 후방에 결합되어 확산공간부(A1)를 마감한다. 또한 중앙에는 확산공간부(A1) 내부의 탄산수가 배출되는 배출관로(21)가 형성되어 있다. 배출관로(21)도 물유입관로와 마찬가지로 작은 단면으로 곧고 길게 형성됨에 따라 탄산수가 배출되는 유량이 다소 억제되는 역할을 담당한다.

이때 배출관로(21)의 단면적은 물유입관로(11)의 단면적보다 작게 형성되어, 확산공간부(A1) 안에서 탄산 가스의 용해가 원활히 진행될 수 있는 압력 구배를 형성하는데 도움을 준다.

구체적으로 배출관로(21)의 단면적이 물유입관로(11)의 단면적보다 작게 형성됨으로써, 확산공간부(A1) 안에서 탄산 가스의 기포가 물과 쉽게 분리되지 아니하고, 물과 충분히 섞인 상태에서 배출된다. 충분히 작은 탄산 가스의 기포가 오랜 기간 머물고, 긴 시간에 걸쳐 서서히 소멸되는 과정에서 탄산 가스의 용해가 긴 시간 동안 진행된다. 이로써 사용자가 마시는 탄산수의 탄산 가스압이 더 높아져 사용자의 만족도가 향상된다.

탄산수 제조모듈 내부의 압력을 가급적 높게 유지시키는 것으로, 배출관로를 통해 나가는 유량을 유량밸브를 통해 제어할 수 있다(도 1 참고).

만일 탄산수 제조모듈(100)의 운용 조건과 배출관로(21)의 길이 등 설계 조건에 따라 탄산수 배출 유량이 충분한 수준으로 조절된다면, 배출관로(21) 후방의 유량밸브(350)는 생략될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄산수 제조모듈과 관련된다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 탄산수 제조모듈(100)은 벤츄리 노즐부(10), 오리피스부(20), 유체펌프(330), 유량밸브(350) 및 레귤레이터(610)를 포함하는 것으로, 이 구성요소들은 이후에서 설명하는 내용과 저촉하지 아니하는 범위 내에서 전술한 제1 실시예의 기술적 특징을 그대로 포함할 수 있다.

제2 실시예에서 벤츄리 노즐부(10)와 오리피스부(20) 사이에 버블배럴부(40)가 더 구비된다. 버블배럴부(40)는 확산공간부(A1)의 후단부에 대응하는 단면을 가지며, 확산공간부(A1) 후방으로 곧게 이어지는 확장공간부(A2)를 형성한다.

즉 확장공간부(A2)는 확산공간부(A1)의 후단과 대응하는 면적으로 후방으로 길게 연장된 빈 공간으로, 확산공간부(A1)를 나온 탄산수가 잠시 머물게 된다.

확장공간부(A2)의 후단에 연결된 배출관로(21)가 좁게 형성되어 있어, 확장공간부(A2) 내에서 탄산수 흐름은 어지러운 난류가 된다. 이러한 난류 흐름을 더욱 강화시키기 위해 버블배럴부(40)의 내측, 즉 확장공간부(A2) 안으로 배출관로(21)가 돌출되게 할 수 있다.

배출관로(21)의 입구가 확장공간부(A2)의 중간 즈음에 위치함으로써 확장공간부(A2) 내부의 난류 흐름을 더욱 강화시킬 수 있다. 이로써 버블배럴부(40) 내부에 탄산수가 좀 더 머물면서 탄산 가스 방울과 물의 접촉시간을 더 증대시키고, 탄산 가스 용해도를 향상시킬 수 있다.

추가적인 구성으로 벤츄리 노즐부(10)의 후단부에는 탄산수를 확산 배출시키는 확산노즐부재(50)가 구비될 수 있다.

확산노즐부재(50)는 얇은 판 형태로, 확산공간부(A1)와 확장공간부(A2)를 구획한다. 확산노즐부재(50)에는 확산공간부의 후방까지 이동한 탄산수가 확장공간부(A2)로 유입되는 적어도 하나의 노즐홀(51)이 형성되어 있다.

노즐홀(51)의 수와 형태는 다양할 수 있으며, 도시한 바와 같이 탄산수가 들어오는 입구측은 단면적이 좁고, 탄산수가 빠져나가는 출구측은 단면적이 넓은 테이퍼진 형태가 될 수 있다.

도시하지 아니하였으나 확산노즐부재(50)는 다공성 매체 또는 메쉬망 등으로 대체될 수 있다.

이때 구비된 모든 노즐홀(51)의 단면적의 합은 확산공간부(A1)의 선단부와 이어지는 물유입관로(11)의 단면적과 동일하거나 다소 작게 형성된다.

이러한 확산노즐부재(50)는 탄산수 생성 작동의 초기에 확산공간부(A1)를 지나오면서 여전히 기포로 남아 있는 탄산 가스들이 곧바로 합쳐서 물과 분리되면서 확장공간부(A2)로 유입되는 것을 방지한다. 즉 탄산 가스가 작은 기포로 나뉜 상태로 확산노즐부재(50)의 좁은 노즐홀(51)을 통과하여, 확장공간부(A2)에서도 좀 더 오랜 기간 작은 기포 상태를 유지할 수 있게 되어, 탄산 가스와 물의 접촉 시간을 더 증대시킬 수 있다.

또한 확산노즐부재(50)를 통과할 수 있는 노즐홀(51)의 전체 단면적이 물유입관로와 대등하거나 그보다 다소 작게 형성하여, 확산공간부(A1) 내부의 압력이 크게 유지되도록 할 수 있다.

더하여 확산노즐부재(50)에 구비된 노즐홀들(51)의 전체 단면적이 배출관로(21)의 단면적보다는 작도록 설계하여, 확산공간부(A1)와 확장공간부(A2)의 압력이 순차적으로 점차 낮아지도록 할 수 있다. 이러한 미세한 압력 구배에 의해 가급적 탄산 가스의 용해에 유리한 고압력 환경을 조성하고, 용해된 탄산 가스가 다시 기화하는 것을 줄일 수 있다.

나아가 배출관로(21)에 장착된 유량밸브(350, 도 1 참고)는 배출관로를 통한 탄산수 흐름양을 한정하는 것으로, 배출관로를 빠져나가는 유량을 한정함과 더불어 탄산수 생성을 시작한 작동 초기에 발생 가능한, 의도치 않은 탄산수 토출량의 불순을 적절히 해소하는데 도움을 준다.

탄산수 배출 초기에 탄산 가스와 소량의 물이 갑작스레 터지듯 토출되면서 발생하는 소음, 물 튀김 등이 해소되므로 사용자의 사용 만족도를 향상시킬 수 있다.

이러한 유량밸브(350)는 물유입관로의 단면적 설계와 운용 조건 등에 따라 탄산수 생성 시에 형성되는 탄산수 제조모듈의 내부 압력 구배에 따라 생략될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 탄산수 제조모듈과 관련된다.

제3 실시예에 따른 탄산수 제조모듈(100)은 벤츄리 노즐부(10), 오리피스부(20), 유체펌프(330), 유량밸브(350) 및 레귤레이터(610)를 포함하는 것으로, 이 구성요소들은 이후에서 설명하는 내용과 저촉하지 아니하는 범위 내에서 전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예의 기술적 특징을 그대로 포함할 수 있다.

제3 실시예에 따른 탄산수 제조모듈(100)은 배출관로의 후단에 연결되는 흐름조절부재(60)를 포함한다. 흐름조절부재(60)는 배출관로(21) 또는 배출관로(21)와 연결된 유량밸브(350)의 후방측에 연결되는 구조체로, 내부에는 탄산수가 지나가는 흐름 통로(61)를 구비한다. 여기서 흐름 통로(61)는 일정한 단면적의 관로가 될 수 있다.

흐름 통로(61)에는 그 단면적을 좁혀 탄산수의 흐름량을 한정하는 초킹부(62)가 형성되어 있다.

초킹부(62)는 흐름 통로의 단면적을 줄인 것으로, 도시한 바와 같이 오리피스로 형성할 수 있다. 또는 초킹부는 좁힌 단면적의 사이즈 조절이 가능한 출수 제어 밸브(도시 생략)가 될 수 있다. 초킹부가 출수 제어 밸브로 구비되는 경우에는 물 유입량, 탄산 가스 압력 등의 운용 조건에 따라 초킹부에서의 탄산수 흐름량을 다르게 세팅할 수 있다.

나아가 초킹부(62) 후방, 즉 흐름 통로(61)의 말단에는 체크밸브(63)가 장착되어 있다. 여기서 체크밸브(63)는 흐름 저항을 크게 하면서 물 흐름을 가능한 층류로 흐르게 하는 것으로, 층류를 형성하는 다수 미세관 다발, 다기공 스펀지 등으로 대체될 수 있다. 또는 다른 실시예에서 체크밸브가 생략될 수 있다.

벤츄리노즐부를 통해 생성된 과포화 상태의 탄산수는 준안정상태(metastable)에 있어 작은 충격에도 쉽게 탄산 가스가 기화된다. 그 결과 탄산수의 탄산 가스압이 급격히 낮아지게 된다.

초킹부(62)는 벤츄리 노즐부(10)로부터 초킹부(62) 직전까지의 탄산수가 이동하는 유로 내에서 고압 환경이 유지되게 한다. 즉 확산공간부(A1)에서 탄산 가스와 물이 만나면서 생성되는 압력 조건이, 탄산수가 출수되는 동안 초킹부(62)까지 갑자기 낮아지는 구간 없이 완만하게 이어지도록 하는 것으로, 이로써 탄산 가스의 용해를 도우며, 출수될 때에 외부 대기압과의 압력 차이로 인한 압 충격으로 탄산 가스가 급격히 기화하지 않게 한다.

나아가 체크밸브(63)는 최종 출수 직전까지 탄산수의 흐름을 안정시켜, 출수에 따른 급격한 압력 저하로 탄산수의 준안정상태가 깨지는 것을 저감시킨다. 또한 체크밸브(63)는 초킹부와 더불어 확산공간부부터 초킹부(62) 직전까지 유지되는 높은 압력이, 대기압 수준까지 압력 저하가 단차적으로 이루어지도록 돕는다. 그에 따라 급작스런 압력 저하에 따른 압 충격으로 준안정 상태의 탄산수에서 탄산 가스가 쉽게 빠져나가지 못하도록 하여, 사용자게 높은 탄산 가스압의 탄산수를 제공한다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 탄산수 제조모듈과 관련된다.

제4 실시예에 따른 탄산수 제조모듈(100)은 벤츄리 노즐부(10), 오리피스부(20), 유체펌프(330), 유량밸브(350) 및 레귤레이터(610)를 포함하는 것으로, 이 구성요소들은 이후에서 설명하는 내용과 저촉하지 아니하는 범위 내에서 전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예의 기술적 특징을 그대로 포함할 수 있다.

제4 실시예에서 배출관로(21)의 후방 또는 배출관로(21)와 이어진 유량밸브(350)의 후방에는 탄산수가 지나가는 통로의 길이를 늘인 회절부(70)가 구비되며, 회절부(70)의 끝단에는 복수의 흐름조절부재(60)가 구비된다.

여기서 회절부(70)의 통로 단면적은 배출관로의 단면 사이즈와 대등할 수 있다.

회절부(70)는 다수의 굴절을 구비하여 탄산수가 보다 오랜 기간 통로를 따라 방향을 여러 번 바꾸면서 진행하게 하는 것이다. 이로써 탄산 가스 기포와 물과의 접촉 시간을 늘리면서, 복수의 굴절을 거치면서 탄산수에 흐름 충격을 주어 탄산 가스의 용해도를 증대시킬 수 있다.

도시하지 아니한 실시예에서, 회절부는 복잡하게 나뉜 다수의 분기 유로를 생성하였다가, 분기되었던 유로가 순차적으로 합쳐지는 형태의 통로를 구비하는 구조물로 대체될 수 있다. 또 다른 실시예에서는 회절부가 생략될 수도 있다.

제4 실시예에서 흐름조절부재(60)는 복수가 병렬되게 구비된다. 다수의 흐름조절부재(60)는 다발 형태로 모아질 수 있다. 다발 형태의 흐름조절부재들(60)은 출구측이 한데 모여 있음으로써 사용자에게 최종적으로 탄산수를 제공하는 디스펜서로 기능하기 유리하다.

각 흐름조절부재(60)는 초킹부(62)와/또는 체크밸브(63)를 구비한다. 여기서 초킹부(62)와 체크밸브(63)의 구체적인 구성과 작용은 전술한 제3 실시예와 사실상 동일하다.

복수의 흐름조절부재(60)의 선단부에는 회절부(70)의 끝단에서 나온 탄산수를 각 흐름조절부재(60)로 분기하는 분기부(64)가 구비된다. 분기부(64)는 나란히 구비된 복수의 흐름조절부재(60) 각각에 적절히 탄산수를 분배하여 주입할 수 있도록 하는 것으로, 하나로 흐르는 유체를 복수로 작은 흐름으로 나누는 다양한 공지된 아이디어 중 하나를 선택하여 구성할 수 있다.

회절부(70)에서 나온 탄산수는 분산되어 각 흐름조절부재(60)에 유입되고, 각기 초킹부(62)와 체크밸브(63)를 거친 후 사용자에게 최종 배출된다. 다수의 흐름조절부재(60)에서 소량씩 나뉜 분량을 처리함으로써 짧은 시간 내에 다량의 탄산수를 처리하는 효과를 기대할 수 있다. 즉 초킹부 이전까지의 고압 환경을 가급적 유지하는 효과를 누리면서, 각 흐름조절부재(60)에서 탄산수가 배출되어 사용자에게 제공하는 1회 탄산수 유량을 배출하는 데에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 탄산수 제조모듈과 관련된다.

본 발명의 제5 실시예에 따른 탄산수 제조모듈(100)은 벤츄리 노즐부(10), 오리피스부(20), 유체펌프(330), 유량밸브(350) 및 레귤레이터(610)를 포함하는 것으로, 이 구성요소들은 이후에서 설명하는 내용과 저촉하지 아니하는 범위 내에서 전술한 실시예들의 기술적 특징을 그대로 포함할 수 있다.

오리피스부(20)의 후방으로 연장되는 배출관로(21)에는 믹싱공간(A3)을 형성하고 있는 혼합용기부(80)가 연결된다. 혼합용기부(80)는 벤츄리 노즐부가 구비된 전방부에서 1차 탄산수를 생성한 이후 2차적으로 탄산 가스압을 개선시킨다.

혼합용기부(80)의 믹싱공간(A3)은 각기둥 또는 구형으로 형성될 수 있다. 배출관로(21)는 믹싱공간(A3)의 천장부에 연결되고, 믹싱공간(A3)의 바닥에는 탄산수가 빠져나가는 유출관로(83)가 이어진다. 즉 배출관로(21)를 타고 믹싱공간(A3)으로 들어온 탄산수는 잠시 머문 후 유출관로(83)으로 배출되어 이후 디스펜서로 흘러가게 된다.

믹싱공간(A3)으로 탄산수가 유입되는 유입구(81)는 상부에 위치하며, 탄산수가 믹싱공간에서 빠져나가는 유출구(82)는 하부에 위치하도록 중력 방향에 맞춰 혼합용기부(80)가 설치된다.

벤츄리 노즐부를 거쳐 배출관로(21)로 흐르는 탄산수는 물유입관로(11)와 가스유입관로(12)로 주입된 유체들이 압력에 의해 대기압보다 더 고압의 상태이다. 더하여 배출관로(21)의 단면적이 물유입관로(11)보다 좁게 형성되어 있어 유속이 빠르다.

혼합용기부(80) 안으로 들어온 탄산수는 믹싱공간(A3)을 바닥부터 채워 오르기 시작한다. 한편 탄산수와 함께 유입된 탄산 가스 방울이 믹싱공간(A3) 안에서 터지거나 배출관로(21)에서 밀려들어온 탄산 가스 덩어리가 믹싱공간(A3)의 상부층에 공기층(S)을 형성한다. 이때 공기층의 주된 성분은 탄산 가스이다.

탄산 가스의 공기층(S)과 어느 정도의 탄산수가 채워져 있는 믹싱공간(A3)의 천장으로부터 추가적인 탄산수가 강하게 분출되어 수면과 부딪치게 된다.

고압 고속으로 분출된 탄산수(water jet)는 그 운동량으로 인하여 수면과 충돌 후에도 일정 깊이로 하강하면서 확장되어 콘 형태의 다운 스트림 구간(D)을 형성한다. 또한 분출된 물줄기가 수면과 접하면서 수면의 물도 함께 다운 스트림에 휩쓸려 함께 하강하는 물 흐름을 형성한다.

이때 수면으로 쏘아진 물줄기와 이에 휩쓸려 가는 수면의 물 사이로 주변에 있던 기체, 즉 이산화탄소가 빨려 들어가 탄산수 속으로 유입된다. 즉 수면 아래로 유입되는 물줄기에 휩쓸려 외부의 기체가 액체 안으로 침투하는 가스 쉬쓰(T, gas sheath)가 형성된다.

형성된 가스 쉬쓰(T)는 곧 잘게 나뉘어(breakdown), 다량의 기포(bubble)를 형성한다. 즉 탄산 가스가 작은 기포의 형태로 물 안에서 분산되어, 물과 접촉하는 면적이 재빨리 증대됨에 따라 물에 용해되기 쉬워진다. 이는 결국 탄산수의 탄산 가스압을 더욱 상승시키게 된다.

제5 실시예에 따른 탄산수 제조모듈은 벤츄리 노즐부(10)에서 확산에 따른 기포 생성을 통해 탄산수를 생성한 이후에, 혼합용기부(80)에서 공기층으로 모인 탄산 가스를 다시 탄산수 내부로 유인하여 미세한 탄산 가스 기포를 추가로 생성시킴으로써 탄산 가스압을 더욱 증대시킬 수 있다. 그에 따라 사용자에게 제공된 탄산수를 더욱 고압으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 탄산수 제조모듈은 사용자가 탄산수 출수를 요청하였을 때에 물과 탄산 가스를 순간적으로 섞어 탄산수를 생성하여 제공하므로, 연속적인 탄산수 제공이 가능하다. 미리 탄산수를 만들어 저장할 필요가 없으므로, 탄산수를 저장해두기 위한 압력 용기나, 그 압력 용기의 온도 조절을 위한 냉각 장치가 추가로 필요치 아니하다.

이와 같이 연속적인 탄산수 제공이 가능할 뿐만 아니라, 제공하는 탄산수의 탄산 가스압을 높게 할 수 있다. 고압 환경에서 탄산 가스를 신속하게 분산시킴으로써 강한 탄산 가스압의 탄산수를 빠르게 생성하고, 버블배럴부, 흐름조절부재, 혼합용기부 등 실시예별로 추가로 구비되는 구성들이 탄산 가스압을 증대시키거나 탄산수의 준안정상태를 유지시켜 사용자에게 높은 탄산 가스압의 탄산수를 제공할 수 있다.

100 : 탄산수 제조모듈
10 : 벤츄리 노즐부 11 : 물유입관로 A1 : 확산공간부 12 : 가스유입관로
20 : 오리피스부 21 : 배출관로
40 : 버블배럴부 A2 : 확장공간부 50 : 확산노즐부재 51 : 노즐홀
60 : 흐름조절부재 61 : 흐름 통로 62 : 초킹부 63 : 체크밸브
64 : 분기부 70 : 회절부
80 : 혼합용기부 A3 : 믹싱공간 81 : 유입구 82 : 유출구 83 : 유출관로
S : 공기층 D : 다운 스트림 구간 T : 가스 쉬쓰
200 : 물공급장치
310 : 냉수탱크 320 : 취수라인 300 : 냉각유닛 400 : 제어부
330 : 유체펌프 340, 350 : 유량밸브 500 : 디스펜서
600 : 이산화탄소 저장탱크 610 : 레귤레이터

Claims

물과 탄산 가스로부터 탄산수를 생성하는 탄산수 제조모듈에 있어서,
물유입관로와 연결되면서 단면적이 점차 확대되는 확산공간부와, 상기 확산공간부에 연결되는 가스유입관로를 구비하는 벤츄리 노즐부,
상기 벤츄리 노즐부에 연결되며, 물과 탄산 가스가 혼합된 탄산수가 배출되는 배출관로를 구비하는 오리피스부,
상기 물유입관로로 물을 정유량으로 공급하는 유체펌프와 유량밸브,
상기 가스유입관로에 탄산 가스를 정압으로 제공하는 레귤레이터 및
상기 벤츄리 노즐부와 상기 오리피스부 사이에, 상기 확산공간부를 통과한 탄산수가 머물다가 배출되는 확장공간부를 형성하는 버블배럴부를 포함하고,

상기 가스유입관로가 확산공간부와 연결되는 지점은 상기 물유입관로와 상기 확산공간부가 만나는 지점보다 후방에 위치하여, 상기 가스유입관로는 상기 확산공간부의 시작 지점 부근의 비스듬한 내벽에 연결되고,

상기 버블배럴부의 내측으로 상기 배출관로가 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는
탄산수 제조모듈.
삭제
제1항에서,
상기 벤츄리 노즐부의 후단부에는 탄산수를 확산 배출시키는 확산노즐부재가 구비되며,
상기 확산노즐부재에는 탄산수가 통과하는 복수의 노즐홀이 구비되고,
모든 상기 노즐홀의 단면적의 합은 상기 물유입관로의 단면적과 동일하거나 그보다 작은 것을 특징으로 하는
탄산수 제조모듈.
삭제
제1항에서,
상기 배출관로와 연결되며, 탄산수가 지나가는 흐름 통로를 구비하는 흐름조절부재를 포함하고,

상기 흐름조절부재는
상기 흐름 통로의 단면적을 좁혀 탄산수의 흐름량을 한정하는 초킹부와,
상기 초킹부 후방에 장착되어 있는 체크밸브를 포함하는
탄산수 제조모듈.
제5항에서,
상기 흐름조절부재는 복수가 병렬되게 구비되고,
상기 배출관로에서 나오는 탄산수는 분기되어 각 상기 흐름조절부재에 유입되는 것을 특징으로 하는
탄산수 제조모듈.
제1항에서,
상기 배출관로에는 믹싱공간을 형성하는 혼합용기부가 연결되고,
상기 혼합용기부에서는 상기 배출관로로 유입된 탄산수는 상기 믹싱공간의 천장으로부터 아래로 분출되어 상기 믹싱공간에 머무는 탄산수의 수면과 충돌하면서 기포가 형성되고,
상기 믹싱공간에 저장된 탄산수는 상기 혼합용기부의 바닥측에 구비된 유출관로를 통해 상기 믹싱공간을 빠져나가는 것을 특징으로 하는
탄산수 제조모듈.