KR102596647B1 - 탄산수 생성 장치 및 이를 이용한 탄산수 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사용자에게 탄산수를 제공하기 위한 탄산수 생성 장치와 이 장치를 이용하여 탄산수를 제조하는 방법과 관련되며 실시예로, 물과 이산화탄소가 섞여 탄산수가 생성되는 공간을 형성하고 있으며, 바닥이 배출라인과 연결되는 혼합용기부, 상기 혼합용기부에 고압의 이산화탄소를 공급하는 가스공급부, 수원으로부터 유입된 물이 상기 혼합용기부의 상부로부터 유입되도록 상기 혼합용기부의 상부에 연결되는 물공급라인 및 상기 물공급라인에 구비되어 있으며, 상기 혼합용기부로 유입되는 물을 고압으로 고속 분출시키는 유체펌프를 포함하는 탄산수 생성 장치와 이를 이용한 탄산수 제조 방법을 제공한다.

Description

탄산수 생성 장치 및 이를 이용한 탄산수 제조 방법{Soda water maker and method for producing soda water}
본 발명은 사용자에게 탄산수를 제공하기 위한 탄산수 생성 장치와 이 장치를 이용하여 탄산수를 제조하는 방법과 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.
대한민국 등록특허 제10-0735914호 (2007.06.28) 대한민국 공개실용신안 제20-2013-0006029호 (2013.10.16) 대한민국 등록특허 제10-1565887호 (2015.10.29)
본 발명은 사용자가 원하는 양질의 탄산수를 원활히 제공할 수 있는 탄산수 생성 장치와 이 장치를 이용하여 탄산수를 제조하는 방법을 제시하고자 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 이산화탄소가 섞여 탄산수가 생성되는 공간을 형성하고 있으며, 바닥이 배출라인과 연결되는 혼합용기부, 상기 혼합용기부에 고압의 이산화탄소를 공급하는 가스공급부, 수원으로부터 유입된 물이 상기 혼합용기부의 상부로부터 유입되도록 상기 혼합용기부의 상부에 연결되는 물공급라인 및 상기 물공급라인에 구비되어 있으며, 상기 혼합용기부로 유입되는 물을 고압으로 고속 분출시키는 유체펌프를 포함하는 탄산수 생성 장치를 제공한다.
또 다른 실시예에서 상기 배출라인과 상기 물공급라인에 각기 방향전환밸브로 연결되어, 상기 혼합용기부 안의 액체를 외부로 순환시키면서 상기 유체펌프에 의한 고압 고속 분출을 유지시키는 루프라인을 포함할 수 있다.
이들에서 상기 물공급라인에서 공급된 물은 상기 혼합용기부의 천장에서 하방으로 고압 고속으로 분출되면서 상기 혼합용기부 내의 수면과 충돌하여 가스 쉬쓰(gas sheath)를 형성할 수 있다.
또한 상기 혼합용기부 내의 수위를 감지하는 수위 센서를 구비하여 상기 혼합용기부의 수위가 일정 수준에 이르렀을 때에 상기 방향전환밸브를 작동 제어하여 상기 유체펌프와 상기 루프라인을 이용한 액체 순환을 작동시키는 제어부를 포함할 수 있다.
한편 밀폐된 공간을 형성하는 혼합용기부와, 이산화탄소를 공급하는 가스공급부와, 물을 공급하는 물공급라인과, 상기 물공급라인에 구비되어 물을 가압하는 유체펌프를 구비하는 탄산수 제조 장치를 이용한 탄산수 제조 방법에 있어서, 상기 혼합용기부에 물과 이산화탄소를 주입하여 고압 가스 환경을 세팅하고, 상기 유체펌프를 통해 수면 위로 물을 고압 고속으로 분출시켜 가스 쉬쓰(gas sheath)를 형성시키며 탄산수를 생성하며, 생성된 탄산수를 혼합용기부로부터 배출시켜 사용자에게 제공하는 탄산수 제조 방법을 제공한다.
탄산수를 제조하는 방법의 또 다른 실시예로, 밀폐된 공간을 형성하는 혼합용기부와, 이산화탄소를 공급하는 가스공급부와, 물을 공급하는 물공급라인과, 상기 물공급라인에 구비되어 물을 가압하는 유체펌프와, 상기 혼합용기부로부터 액체가 배출되는 배출라인과 상기 물공급라인 각각에 방향전환밸브로 연결되는 루프라인을 구비하는 탄산수 제조 장치를 이용한 탄산수 제조 방법에 있어서, 상기 혼합용기부에 물과 이산화탄소를 공급하여, 일정 수위의 물과 이산화탄소 가스 위주로 채워진 고압 가스 환경을 세팅하는 단계, 상기 방향전환밸브를 조작하여 루프라인을 개방하고, 상기 유체펌프를 통해 상기 혼합용기부에서 고압 고속의 액체를 분출시켜 가스 쉬쓰(gas sheath)를 형성하여 탄산수를 생성하는 단계 및 생성된 탄산수를 상기 혼합용기부 밖으로 배출하는 단계를 포함하는 탄산수 제조 방법을 제시한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 사용자에게 탄산 가스압이 높은 탄산수를 제공할 수 있다. 또한 1회 제공 분량의 탄산수를 즉시 생성하여 배출하여 연속적인 탄산수 제공이 가능하다.
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 제1 실시예에 따른 탄산수 생성 장치의 주요 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄산수 생성 장치의 주요 구성을 나타낸 도면.
도 3은 도 1과 도 2에 도시된 실시예의 사용 상태를 간략히 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄산수 제조 방법을 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄산수 제조 방법을 나타낸 블록도.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 탄산수 생성 장치 및 이를 이용한 탄산수 제조 방법의 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.
본 발명의 실시예에 따른 탄산수 생성 장치와 이를 이용한 탄산수 제조 방법은, 정수기, 냉온수기 등 기존의 물공급장치에 부가하여 설치할 수 있다.
즉 물공급장치에서 정수한 물이나 냉각한 냉수를 원수로 사용할 수 있으며, 사용자에게 물을 제공하는 디스펜서를 탄산수를 제공하는 데에도 사용할 수 있다.
나아가 탄산수 제조 방법을 구현함에 있어서 물공급장치에 구비된 제어부의 하드웨어 구성을 일부 또는 전부 사용할 수 있다.
구체적으로 통상적인 물공급장치에서 제어부는 수위 센서를 비롯하여 압력 센서, 온도 센서 등 다양한 센서들의 계측치를 전기 신호로 전송받고, 이를 토대로 유체펌프나 각종 전자 밸브를 제어하는 기능을 구현하기 위해 중앙처리장치, 신호출납모듈, 신호처리장치, 메모리, 연산모듈 등을 구비한다. 본 발명에 따른 제어부도 이러한 물공급장치에 구비된 하드웨어 구성 및 제어로직을 활용할 수 있다.
도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄산수 생성 장치의 주요 구성요소들이 나타나 있다.
제1 실시예에 따른 탄산수 생성 장치는 혼합용기부(10), 가스공급부(20), 물공급라인(31), 유체펌프(40)를 포함한다.
혼합용기부(10)는 물(W)과 이산화탄소가 섞여 탄산수가 생성되는 공간을 형성하는 기밀 가능한 압력 용기이다. 혼합용기부(10)의 바닥에는 물공급장치의 디스펜서(도시 생략)와 연결되는 배출라인(11)이 연결된다. 배출라인(11)에는 개폐 제어되는 밸브(111)가 장착되어 있다.
가스공급부(20)는 고압의 이산화탄소를 혼합용기부 안으로 주입시키는 것으로, 이산화탄소를 저장하고 있는 가스통(도시 생략)과, 가스통과 혼합용기부를 연결하는 가스공급라인(21)과, 가스공급라인(21)을 개방 또는 폐쇄하는 밸브(211)가 구비된다. 나아가 도시하지 아니하였으나 기존에 탄산수를 생성하는 장치에서 가스통과 연결되는 레귤레이터, 기수분리기 등이 통상적으로 사용되는 다양한 장비가 더 구비될 수 있다.
물공급라인(31)은 수원(물탱크)과 혼합용기부(10)를 연결하며, 이에 라인을 개폐하는 밸브(311)와 물의 가압 이송을 위한 유체펌프(40)가 장착된다. 수원으로는 상온수를 저장하고 있는 물탱크 또는 냉수를 저장하고 있는 냉수통이 될 수 있다.
여기서 물공급라인(31)은 혼합용기부(10)의 상부와 연결되어, 유체펌프(40)로 가압된 물이 혼합용기부(10)의 내부 천장으로부터 아래로 고속 분사되도록 한다.
추가적인 구성으로 혼합용기부(10)의 수위를 감지하는 수위 센서(L)가 더 구비될 수 있다. 수위 센서(L)는 혼합용기부 안의 수위 변화를 검출하여, 제어부로 하여금 혼합용기부 안에 액체가 어느 정도 있는지 확인할 수 있게 한다. 예를 들어 탄산수를 제조하지 아니하는 대기 상태에서, 제어부가 혼합용기부 안에 물이 가득 차 있는 것을 감지한 때에 내부를 비우기 위해 드레인 작동을 수행할 수 있다. 이러한 수위 센서는 시간에 따른 시퀀스 제어를 도입함에 따라 생략될 수 있다.
또 다른 추가적인 구성으로 혼합용기부 내부의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(도시 생략)를 더 구비할 수 있다. 이 경우, 압력 센서로부터 검출된 혼합용기부 내부의 압력 변화로부터 제어부는 탄산수 생성 장치의 정상 운영 여부를 판별할 수 있다.
이와 같이 탄산수 생성 장치의 정상 작동을 감시하거나, 비정상 상황을 감지하기 위한 목적에서, 여러 다양한 종류의 센서들 또는 비정상 상황을 해결하기 위한 가스 벤트 작동이나 액체 드레인 작동을 위한 각종 라인과 전자 밸브 등이 더 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄산수 생성 장치와 관련된다.
제2 실시예에 따른 탄산수 생성 장치는 혼합용기부(10), 가스공급부(20), 물공급라인(31) 및 유체펌프(40)를 포함하는 것으로, 이들은 아래에서 설명하는 내용과 저촉하지 아니하는 범위 내에서 앞서 설명한 제1 실시예의 기술적 특징을 그대로 포함할 수 있다.
나아가 물공급라인(31)과 배출라인(11)에 각각 방향전환밸브(511, 512)로 연결되는 루프라인(50)을 더 포함한다.
여기서 방향전환밸브(511, 512)는 전자 제어가 가능한 공지된 3방변 밸브들 중 하나를 선정하여 사용할 수 있다. 제어부는 제어 프로세스에 따라 각 방향전환밸브를 작동 제어할 수 있다.
제어부는 물공급라인(31)과 루프라인(50)을 연결하는 제1 방향전환밸브(511)를 작동 제어하여 수원과 혼합용기부(10)를 연결하거나, 배출라인(11)과 물공급라인(31)을 연결할 수 있다. 또한 루프라인(50)과 배출라인(11)을 연결하는 제2 방향전환밸브(512)를 작동 제어하여, 배출라인(11)과 루프라인(50)을 연결하거나, 루프라인(50)을 폐쇄하면서 디스펜서와 혼합용기부(10)를 연결할 수 있다.
제1,2 방향전환밸브(511, 512)의 작동으로 루프라인(50)이 물공급라인(31) 및 배출라인(11)과 연결되어 활성화되면, 혼합용기부(10) 내부의 액체(물 또는 탄산수 이하 동일)가 배출라인(11), 루프라인을 거쳐 다시 물공급라인(31)과 유체펌프(40)를 통해 혼합용기부(10)로 유입되는 액체의 순환이 가능하게 된다.
유체펌프(40)의 작동에 의해 루프라인(50)을 통한 액체의 순환이 이루어지며, 유체펌프(40)로 가압된 물이 혼합용기부(10) 안으로 고속 분출된다.
이때 제1 방향전환밸브(511)에 의해 수원으로부터의 새로운 물 유입이 차단되고, 제2 방향전환밸브(512)에 의해 배출라인(11)을 통한 외부로의 유출이 없으므로, 기존에 혼합용기부(10)에 담긴 액체를 유체펌프(40)가 계속 순환시키게 된다.
도시하지 아니하였으나 제1,2 실시예에서 혼합용기부의 둘레는 냉매 재킷이나 냉매가 흐르는 배관을 수차례 감아 저온으로 냉각시킬 수 있다. 혼합용기부의 내부를 저온으로 유지함으로써 이산화탄소의 용해도를 더 증대시킬 수 있다.
도 3은 혼합용기부 안에서 탄산수를 생성하는 과정의 일부분과 관련된다. 도 3에서 수면, 기포, 물살 등의 표현은 이해를 돕기 위해 과장 또는 간략화하여 나타낸 것이다.
혼합용기부(10)에 일정량의 물이 담기고 이산화탄소가 주입되어, 물과 공기층이 함께 공존할 수 있다. 이때 공기층의 주된 성분은 가스통으로부터 유입된 이산화탄소이며, 레귤레이터 등을 거치며 미리 설정된 압력으로 유입됨에 따라 혼합용기부(10)의 내부 압력은 대기압보다 높은 고압 상황이 된다. 예를 들어 혼합용기부(10)의 압력은 2기압 이상이 될 수 있다.
이렇게 일정 수량의 물과 주로 이산화탄소로 이루어진 고압의 공기층이 함께 있는 고압 가스 환경에서, 유체펌프(40)가 작동하면 고압 고속의 물이 혼합용기부(10) 내부 천장으로부터 수면(e)을 향해 고속으로 분출된다.
유체펌프(40)에서 고압 고속으로 분출된 물(water jet)은 그 운동량으로 인하여 수면(e)과 충돌 후에도 일정 깊이에 콘 형태의 다운 스트림 구간(A)을 형성한다. 또한 분출된 물줄기(t)가 수면(e)과 접하면서 수면(e)의 물도 함께 다운 스트림에 휩쓸려 함께 하강하는 물 흐름을 형성한다.
이때 물공급라인(31)에서 분출된 물줄기(t)와 이에 휩쓸려 가는 수면(e)의 물 사이로 주변에 있던 기체, 즉 이산화탄소가 유입된다. 즉 수면(e) 아래로 유입되는 물줄기(t)에 휩쓸려 외부의 기체가 액체 안으로 침투하는 가스 쉬쓰(gas sheath)가 형성된다.
형성된 가스 쉬쓰는 곧 잘게 나뉘어(breakdown), 다량의 기포(bubble)를 형성한다. 즉 이산화탄소가 작은 기포의 형태로 물 안에서 분산되어, 물과 접촉하는 면적이 재빨리 증대됨에 따라 물에 용해되기 쉬워진다. 이는 결국 탄산수의 탄산가스압을 상승시키게 된다.
이렇게 생성된 탄산수는 이후 배출라인(11)과 디스펜서를 통해 사용자에게 제공된다.
도 1과 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 탄산수 장치를 이용한 탄산수 제조 방법과 관련된다.
탄산수 제조를 시작하기 전의 대기 상태에서, 혼합용기부(10)는 액체가 거의 또는 전부 비워져 있고, 빈 공간을 채우는 공기압은 대기압과 거의 같거나 그보다 다소 높은 수준이다. 수차례 탄산수를 생성하고 배출한 후에 대기 상태의 혼합용기부(10) 내부는 주로 이산화탄소로 채워져 있게 된다.
사용자가 물공급장치 등의 제어 패널을 조작하여 탄산수 배출을 시작하면, 제어부는 다음의 순서를 통해 탄산수를 제조하게 된다.
먼저 제어부는 혼합용기부(10)에 물과 이산화탄소를 주입하여, 혼합용기부의 내부를 물과 고압의 이산화탄소가 공존하는 고압 가스 환경으로 세팅한다.
구체적으로 유체펌프(40)를 작동하여 물을 혼합용기부(10)에 주입시킨다. 이때 의도한 수량을 맞추기 위하여 미리 정해진 시간 동안 유체펌프(40)가 작동되게 하거나, 수위 센서의 검출값을 피드백 받아 유체펌프를 제어할 수 있다.
이 단계에서 공급되는 유량은 사용자에게 한 번에 제공하려는 탄산수 수량보다 적은 양으로 설정될 수 있다. 또한 유체펌프(40)에 의한 고속 물 배출 시에 수면 아래로 물줄기가 원만히 형성될 수 있도록 하는 적정한 수위로 물을 채워둘 필요가 있다.
이를 종합적으로 고려하여 1회에 제공하려는 탄산수의 양보다 적은 양으로 충분한 수위가 형성될 수 있도록 혼합용기부(10)의 사이즈와 형상을 설계할 수 있다.
제어부는 적정량의 물이 주입되었는지를 확인하기 위해 전술한 수위 센서를 활용할 수 있다.
한편 제어부는 가스공급라인(21)의 밸브(211)를 개방하여 혼합용기부(10) 내부의 이산화탄소 압력을 상승시킨다. 예를 들어, 혼합용기부(10)에는 대략 2 kg/㎠ 수준 또는 그 이상의 압력으로 이산환탄소가 채워질 수 있다.
여기서 혼합용기부(10)에 물을 채우는 작동과 이산화탄소 압력을 상승시키는 작동은, 순차적으로 이루어지거나 동시에 이루어질 수 있다.
이렇게 혼합용기부(10) 내부를 고압 가스 환경으로 세팅한 이후에, 제어부는 유체펌프(40)를 작동하여 수면 위로 추가적인 물을 고압 고속으로 분출케 한다. 이로써 앞서 설명한 가스 쉬쓰가 형성되면서 이산화탄소가 물에 급격히 용해되어 탄산수가 생성된다.
한정된 공간 내에 물이 추가로 공급되므로 혼합용기부 안의 수위가 점차 상승하면서 혼합용기부의 내부 압력이 다소 상승한다. 따라서 추가적인 고압의 물 분출과 그에 따른 탄산수 생성 작동은 미리 설정된 수준으로 한정된다. 예를 들어, 사용자에게 제공하고자 하였던 탄산수 1회 제공 분량에 맞춰 혼합용기부에 추가 공급하는 물의 양을 한정할 수 있다. 또는 혼합용기부의 압력 한계값을 미리 설정해두고 그 한계값에 도달하는 것을 조건으로 추가 물 공급을 진행할 수도 있다.
탄산수가 생성된 이후에는 물공급라인(31)의 밸브(311)를 잠그고, 배출라인(11)의 밸브(111)를 개방하여 혼합용기부(10)로부터 완성된 탄산수를 배출한다.
이때 혼합용기부(10)의 내부에 고압의 이산화탄소가 채워져 있으므로 배출라인(11)의 밸브(111)를 개방하는 것만으로도 압력구배에 의해 모든 탄산수가 혼합용기부(10) 밖으로 배출된다. 탄산수의 출수 시에 가스공급라인(21)과 물공급라인(31)이 차단된 상태로, 혼합용기부 내부의 탄산수 유동을 억제하므로 탈탄산(decarbonation) 과정이 최소화되며, 준안정 상태의 탄산수를 온전히 사용자에게 제공할 수 있다.
도 2와 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 탄산수 장치를 이용한 탄산수 제조 방법과 관련된다.
제2 실시예에 따른 탄산수 장치도, 대기 단계에서 혼합용기부(10)가 비워진 상태를 전제로 시작될 수 있다.
탄산수 제조가 시작되면, 제어부는 혼합용기부 안에 물과 이산화탄소를 채워 고압 가스 환경을 세팅한다.
제어부는 제1 방향전환밸브(511)를 작동 제어하여 수원과 유체펌프(40)를 잇는 물공급라인(31)을 활성화시키고, 제2 방향전환밸브(512)는 디스펜서로 이어지는 배출라인(11)을 폐쇄하도록 작동시킨다. 이후 유체펌프(40)를 작동하여 수원을 물을 혼합용기부(10)로 유입시킨다.
혼합용기부(10) 안에 물과 이산화탄소를 채우는 그 외의 작동은, 전술한 제1 실시예의 탄산수 제조 방법과 동일할 수 있다.
혼합용기부(10) 내부에 고압 가스 환경이 형성된 후, 제어부는 제1 방향전환밸브(511)를 작동 제어하여, 혼합용기부(10), 배출라인(11) 일부, 제2 방향전환밸브(512), 루프라인(50), 제1 방향전환밸브(511), 유체펌프(40), 혼합용기부와 연결된 물공급라인(31)으로 이어지는 순환 고리 구조를 형성한다.
이후 유체펌프(40)를 작동시켜 혼합용기부(10) 내부의 액체를 루프라인(50)으로 순환시켜 다시 혼합용기부(10) 안으로 고압 고속으로 분출시킨다. 고속으로 분출된 물은 혼합용기부(10)의 수면과 충돌하면서 앞서 설명한 가스 쉬쓰를 형성하면서 탄산수가 급격하게 생성된다.
루프라인(50)을 활성화하여 혼합용기부(10) 내부의 액체를 순환시키면서 유체펌프(40)를 통해 수면 위로 고압 고속으로 분출시키는 작동은, 미리 정해진 수 초에 걸쳐 진행될 수 있다. 고속 분출이 진행되는 과정 중에 이산화탄소의 용해도가 증가하고, 생성된 탄산수의 탄산 가스 압력을 크게 증가시킬 수 있다.
액체를 순환시키며 유체펌프를 작동시키므로 혼합용기부의 내부 압력을 거의 일정하게 유지할 수 있으며, 새로운 물이 추가로 유입되는 것이 아니라서 혼합용기부(10) 내부의 압력 변화(특히 압력 증가)에 대한 부담 없이 고속 물 분출을 수행할 수 있다. 적정 시간 동안 고속 물 분출을 유지함에 따라 과포화에 가까이 용해도를 상승시킬 수 있게 된다. 그 결과 탄산수가 사용자의 컵으로 최종 배출된 후 탄산가스압이 급격히 낮아지지 아니하게 된다.
이후 제어부는 제2 방향전환밸브(512)를 작동하여 루프라인(50)을 폐쇄하면서 디스펜서를 향하는 배출라인(11)을 개방한다. 그에 따라 혼합용기부(10) 상승에 형성된 공기층의 압력에 의해 탄산수가 배출라인(11)으로 밀려나 디스펜서로 배출된다.
본 발명에 따른 탄산수 제조 장치와 그에 따른 탄산수 제조 방법은 고속 고압으로 쏘아지는 물줄기가 수면과 충돌하면서 이산화탄소를 물에 강제로 유입, 용해시키는 것으로 빠른 시간 탄산 가스압이 높은 탄산수를 얻을 수 있다. 즉 사용자가 탄산수 출수를 요구한 때에 수 초 사이에 물에 이산화탄소를 급속히 용해하여, 양질의 탄산수를 사용자에게 제공할 수 있다. 탄산수 제조에 소요되는 시간이 매우 짧으므로 다수 회에 걸친 연속적인 탄산수 제공이 가능하다.
특히 루프라인을 구비하여 혼합용기부 내부의 물을 순환시키면서, 유체펌프를 통해 탄산수 생성 작동을 지속할 후 있기에, 짧은 시간 내에 이산화탄소 용해도를 의도한 수준으로 높일 수 있다. 이로써 사용자의 컵에 출수된 탄산수의 탄산 가스압이 쉽게 낮아지지 아니하게 된다. 그에 따라 사용자에게 보다 긴 시간 동안 높은 탄산 가스압의 탄산수를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 탄산수 제조 방법은 사용자게 1회에 제공하는 탄산수량에 따라 혼합용기부의 사이즈를 설계하고, 그에 맞춰 유압펌프와 각 밸브를 시퀀스 제어하는 방식으로 수위 센서나 압력 센서 없이 구현할 수 있다. 각종 센서와 그에 부수되는 제어 프로세스를 생략할 수 있다.
10 : 혼합용기부 11 : 배출라인 111 : 밸브
20 : 가스공급부 21 : 가스공급라인 211 : 밸브
31 : 물공급라인 311 : 밸브
40 : 유체펌프
50 : 루프라인
511 : 제1 방향전환밸브
512 : 제2 방향전환밸브
L : 수위 센서
W : 물 e : 수면 A : 다운 스트림 구간
t : 물줄기

Claims (7)

  1. 물과 이산화탄소가 섞여 탄산수가 생성되는 공간을 형성하고 있으며, 바닥이 배출라인과 연결되는 혼합용기부;
    상기 혼합용기부에 고압의 이산화탄소를 공급하는 가스공급부;
    수원으로부터 유입된 물이 상기 혼합용기부의 상부로부터 유입되도록 상기 혼합용기부의 상부에 연결되는 물공급라인; 및
    상기 물공급라인에 구비되어 있으며, 상기 혼합용기부로 유입되는 물을 고압으로 고속 분출시키는 유체펌프;를 포함하고,
    상기 물공급라인에서 공급된 물은 상기 혼합용기부의 천장에서 하방으로 고압 고속으로 분출되면서 상기 혼합용기부 내의 수면과 충돌하여 가스 쉬쓰(gas sheath)를 형성하고, 이에 생성된 다량의 기포가 물에 용해되는 것을 특징으로 하는
    탄산수 생성 장치,
  2. 제1항에서,
    상기 배출라인과 상기 물공급라인에 각기 방향전환밸브로 연결되어, 상기 혼합용기부 안의 액체를 외부로 순환시키면서 상기 유체펌프에 의한 고압 고속 분출을 유지시키는 루프라인을 포함하는
    탄산수 생성 장치,
  3. 삭제
  4. 제2항에서,
    상기 혼합용기부 내의 수위를 감지하는 수위센서를 구비하여 상기 혼합용기부의 수위가 일정 수준에 이르렀을 때에 상기 방향전환밸브를 작동 제어하여 상기 유체펌프와 상기 루프라인을 이용한 액체 순환을 작동시키는 제어부를 포함하는
    탄산수 생성 장치,
  5. 밀폐된 공간을 형성하는 혼합용기부와, 이산화탄소를 공급하는 가스공급부와, 물을 공급하는 물공급라인과, 상기 물공급라인에 구비되어 물을 가압하는 유체펌프를 구비하는 탄산수 제조 장치를 이용한 탄산수 제조 방법에 있어서,
    상기 혼합용기부에 물과 이산화탄소를 주입하여 고압 가스 환경을 세팅하고,
    상기 유체펌프를 통해 수면 위로 물을 고압 고속으로 분출시켜 가스 쉬쓰(gas sheath)를 형성시키며 탄산수를 생성하며,
    생성된 탄산수를 상기 혼합용기부로부터 배출시켜 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는
    탄산수 제조 방법.
  6. 밀폐된 공간을 형성하는 혼합용기부와, 이산화탄소를 공급하는 가스공급부와, 물을 공급하는 물공급라인과, 상기 물공급라인에 구비되어 물을 가압하는 유체펌프와, 상기 혼합용기부로부터 액체가 배출되는 배출라인과 상기 물공급라인 각각에 방향전환밸브로 연결되는 루프라인을 구비하는 탄산수 제조 장치를 이용한 탄산수 제조 방법에 있어서,
    상기 혼합용기부에 물과 이산화탄소를 공급하여, 일정 수위의 물과 이산화탄소 가스 위주로 채워진 고압 가스 환경을 세팅하는 단계,
    상기 방향전환밸브를 조작하여 루프라인을 개방하고, 상기 유체펌프를 통해 상기 혼합용기부에서 고압 고속의 액체를 분출시켜 가스 쉬쓰(gas sheath)를 형성하여 탄산수를 생성하는 단계 및
    생성된 탄산수를 상기 혼합용기부 밖으로 배출하는 단계를 포함하는
    탄산수 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 생성된 탄산수는 상기 혼합용기부의 상층에 머무는 공기층의 압력에 의해 밀려 상기 배출라인으로 배출되는 것을 특징으로 하는
    탄산수 제조 방법.
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