KR20010013924A - 산소화 음료수 냉각기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산소화 음료수 냉각기, 및 상기 냉각기를 동작시켜 상기 냉각기 상에 설치된 병으로부터 산소가 풍부한 물을 분배시키는 방법에 관한 것으로서, 상기 냉각기에 일체로 된 산소 소스가 물을 통하여 병 속의 물 상측 공간으로 산소를 공급하여 물이 병으로부터 냉각기로 분배되는 전체시간 동안 병 속의 물의 용존 산소량을 높은 레벨로 유지시키고, 상기 높은 레벨의 용존 산소량은 물을 병에 채우는 과정 이전에 설정되어 있다. 산소 소스는 산소발생기를 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 발생기는 압력 스윙 흡착 산소발생장치를 포함하는 것이 바람직하다.

Description

산소화 음료수 냉각기 {OXYGENATED WATER COOLER}

산소가 풍부한 음료수는 맛이 좋다. 음료수라는 용어는, 제한 없이, 용수(spring water), 여과수(filtered water) 또는 역삼투방법(reverse osmosis process)으로 처리된 물을 포함한다. 또한, 산소가 풍부한 물은 건강에 관심이 많은 소비자에게 위를 통하여 흡수되는 또하나의 추가적인 산소 소스(oxygen source)를 제공한다. 천연수(natural pure water)의 용존 산소량(dissolved oxygen content) 범위는 물의 소스, 및 병에 채우기(bottling) 이전에 실행된 정수처리기술에 따라 리터당 5mg 내지 9mg이다. 용수는 분자산소(molecular oxygen)를 40-90 PSIG의 압력으로 제어된 수도관 내에 주입함으로써 산소로 과포화될 수 있다. 상기 기술을 사용함으로써 물의 용존 산소 레벨이 리터당 25-125mg까지 증가될 수 있다. 밀폐된 빈 유리병에 즉시 채우는 경우, 물은 높은 용존 산소 레벨을 무기한 유지한다. 일반적으로 체적이 큰 유리병의 범위는 3-5갤런이다. 그러나, 병을 개봉하여 이 병을 표준 음료수 냉각기에 설치하면 용존 산소량은 3-5일 이내에 리터당 5-9mg의 기준선 레벨 가까이 감소된다. 5갤런의 물을 소비하는데 필요한 평균시간이 일반적으로 10-14일 정도이기 때문에, 용존 산소량의 급격한 감소는 표준 음료수 냉각기 용도의 5갤런 병에 채워진 산소가 풍부한 음료수의 판매를 곤란하게 만든다.

따라서, 냉각기 상에 설치된 병 속의 물의 용존 산소량이 물이 냉각기에 의하여 병으로부터 분배되는 전체 시간 동안, 본래의 과포화 레벨로 유지되는 산소가 풍부한 물을 분배하는 신규의 개선된 음료수 냉각기를 제공하는 것이 매우 바람직하다.

본 발명은 음료수(drinking water)를 분배하는 음료수 냉각기 기술, 보다 구체적으로는 산소가 풍부한 물(oxygen enriched water)을 분배하는 신규의 개선된 음료수 냉각기에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 산소화 음료수 냉각기의 개략도.

도 2는 도 1의 음료수 냉각기의 산소발생기를 추가로 예시하는 정면도.

본 발명은 신규의 개선된 음료수 냉각기, 및 상기 냉각기를 동작시켜 냉각기 상에 설치된 병으로부터 산소가 풍부한 물―여기서 물은 병에 채워지는 동안 미리 설정된 높은 레벨의 용존 산소량을 가짐―을 분배하는 방법을 제공하는 것으로서, 냉각기 내에 일체로 된 산소 소스(oxygen source)가 물을 통하여 병 속의 물 상측 공간에 산소를 공급하여 물이 냉각기에 의하여 병으로부터 분배되는 전체 시간 동안 병 속의 물의 용존 산소량을 실질적으로 높은 레벨로 유지시킨다. 산소 소스는 산소발생기(oxygen generator)를 포함하는 것이 바람직하며, 이러한 산소발생기는 압력 스윙 흡착 산소발생장치(pressure swing adsorption oxygen generating apparatus)를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 산소 소스는 병에 채워진 산소와 같은 저장된 산소(stored oxygen)를 포함하는 각종의 다른 형태일 수 있다.

본 발명의 상기 및 추가적인 장점 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 상세한 설명을 이해함으로써 보다 명백해 질 것이다.

본 발명에 따른 산소화 음료수 냉각기는 냉각기 상에 거꾸로 설치된 물병의 공간을 80-95% 순산소(pure oxygen)로 유지시키는 장치를 포함한다. 상기 병은 일반적으로 5갤런 병이지만, 3갤런이나 또는 이보다 체적이 작은 병도 채택될 수 있다. 공간에 산소를 풍부하게 하는 목적은 병에 채워진 물의 용존 산소농도를 리터당 25-125mg으로 유지하려는 것이다. 물은 정수 및 보틀링 공장(purification and bottling plant)에서 병에 채우기 직전에 산소로 사전에 과포화된다. 표준 음료수 냉각기에서 산소가 풍부한 물을 분배하면 병 속에 채워진 물의 용존 산소량이 급격하게 감소된다는 것이 시험을 통하여 판명되었다. 예를 들면, 산소가 풍부한 물로 채워진 5갤런 병을 종래 기술의 표준 음료수 냉각기에 설치할 때, 용존 산소량은 3-5일 이내에 리터당 25-65mg으로부터 리터당 10-13mg으로 감소되었다.

도 1은 본 발명에 따른 산소화 음료수 냉각기를 예시하며, 상기 음료수 냉각기는, 간략하게, 하우징(12) 상에 거꾸로 설치된 물병(14)을 수용하는 하우징 즉 엔클로우저(enclosure)(12), 병(14)으로부터 물을 수용하는 하우징(12) 내의 탱크(16), 탱크(16) 내의 물을 냉각시키는 냉각 소스(refrigeration source)(18), 탱크(16)로부터 물을 분배하는 토수구(spout)(20), 하우징(12) 내에 내장된 산소발생기 형태가 바람직한 산소 소스(22), 및 산소를 소스(22)로부터 물을 통하여 병(14) 속에 채원진 물 상측의 공동(void) 즉 공간(headspace)(26)으로 주입시키는 수단(24)을 포함한다.

도 1의 장치를 보다 상세하게 살펴 보면, 하우징(12)은 유리섬유로 성형된 구조가 바람직하지만 나무 또는 금속과 같은 다른 소재로도 구성될 수 있다. 물병(14)은 냉각기 하우징(12)의 상부에 거꾸로 세워진 위치로 냉각기(10)에 설치된다. 병마개(bottle cap)(도시되지 않음)가 눌려서 개방되어, 밀봉된 물탱크(16)의 상부에 부착된 원통형 이송관(transfer tube)(30) 둘레를 밀봉한다. 물탱크(16)는 스테인리스강 구조이며 원통형의 두 부분으로 설계된다. 물탱크 뚜껑(lid)(32)은 세척할 수 있도록 제거가능하다. 식품등급의 개스킷(food grade gasket)(도시되지 않음)이 탱크 상부의 뚜껑을 밀봉하고 뚜껑은 4개의 로킹 클램프(locking clamp)(도시되지 않음)로 탱크 몸체에 견고하게 고정된다. 탱크는 산소를 공급하는 1/8인치의 배관 연결부(tubing connection)를 측벽에, 하나의 물배출파이프 연결부(34)를 저면에 각각 가진다. 배출 연결부는 분배 노즐밸브(20)에 직접 연결된다. 이와 같이하여, 물병(14), 이송관(30), 및 물탱크(16)가 소스(22)로부터 도관(conduit)(36)을 거쳐 측면 배관 연결부에 공급된 80-95% 순산소가 1-2 PSIG로 압력이 가해진 단일 용기를 형성한다. 물이 병(14)으로부터 분배노즐(20)을 통하여 배출될 때, 산소가 산소 소스(22)로부터 탱크(16) 및 공간 (26)으로 주입되어 정압(positive pressure)이 병(14)에 유지된다. 따라서, 탱크(16) 및 병(14) 속의 물이 산소를 소스(22)로부터 공간(26)으로 이송하는 도관으로 기능한다.

산소 소스(22)는 음료수 냉각기 유리섬유 엔클로우저(12) 내에 설치된 컴팩트형 산소공급부이다. 공급부(22)는 소형의 압축산소 저장 실린더, 또는 실내공기로부터 높은 순산소를 제공하는 산소발생장치일 수 있다. 어느 경우이건, 산소는 조절압력 1-2 PSIG로 물탱크(16)에 공급된다. 산소발생기는 분당 0.5-1.0리터의 용량을 가진 단일형 시브 베드(sieve bed) 압력 스윙 흡착(PSA)시스템일 수 있다. 산소를 발생시키는 상기 방법은 대형 산업분야에 잘 맞지만, 상기 적용에 필요한 소형 시스템은 유닛의 공간 요구조건, 전력 소모, 및 전체적인 비용이 최소화되도록 특수하게 설계된다. 저장탱크 어프로치에 걸쳐 있는 산소발생기의 장점은 빈 실린더를 교체할 필요성이 생략된다는 점이다.

물탱크에는 냉각시스템(18)이 구비되어 물 분배온도를 화씨 50도 이하로 유지시킬 수 있다. 상기 장치는 냉각 컴프레서, 콘덴서, 및 냉각 코일 중 어느 하나를 포함하거나 또는 열전기 장치(thermoelectric device)일 수 있다. 일반적으로, 물탱크(14)의 체적은 5갤런이고, 유리 또는 렉산(폴리카보네이트) 플라스틱수지 중 어느 한 가지로 구성될 수 있다. 어느 경우이건, 병의 체적은 동일하다.

따라서, 본 발명은 산소 소스를 음료수 냉각기 내에 일체로 하여 5갤런 병에 채워져 있는 이미 산화된 물을 과포화 상태로 유지시킨다. 과포화 상태는 병 공간의 산소 농도를 5갤런 병의 사용주기 내내 높은 레벨로 제어함으로써 유지된다.

본 발명을 다음 데이터에 의하여 추가로 예시한다. 표 1은 산소 소스가 제공되지 않은 음료수 냉각기 상에 설치된 물병의 산소 포화 레벨의 부패율(decay rate)을 나타내는 시험데이터를 포함한다. 용존 산소농도를 오리온 모델 830 휴대용 용존 산소미터를 사용하여 측정하였다.

표 1

〈산소화 음료수 내의 용존 산소농도 저하율〉

산소 소스가 없는 표준 음료수 냉각기, 5갤런 유리병

샘플 데이터 용존 산소 리터당 Mg

2-5-97 27.3

2-6-97 24.2

2-7-97 18.3

2-8-97 12.7

샘플 데이터 용존 산소 리터당 Mg

2-7-97 65.2

2-8-97 20.8

2-10-97 12.2

2-11-97 11.0

2-12-97 10.9

표 2는 본 발명에 따른 산소화 음료수 냉각기 상에 설치된 물병에 대한 데이터를 포함한다. 사용된 산소 소스로 2 psig의 압력으로 조절된 산소를 병에 채웠다. 용존 산소농도를 오리온 모델 830 휴대용 용존 산소미터를 사용하여 측정하였다.

표 2

〈산화된 음료수 내의 용존 산소농도 저하율〉

산소 소스가 없는 표준 음료수 냉각기, 3갤런 플라스틱병

샘플 데이터 용존 산소 리터당 Mg

1-31-97 AM 46.5

1-31-97 PM 43.7

2-1-97 42.6

2-3-97 50.0

2-4-97 45.2

2-5-97 40.8

2-6-97 38.9

2-7-97 38.8

2-8-97 40.2

2-10-97 41.3

산소 소스가 없는 산화된 음료수 냉각기, 5갤런 유리병

샘플 데이터 용존 산소 리터당 Mg

2-10-97 60.0

2-11-97 50.5

2-12-97 50.6

2-13-97 49.9

2-14-97 49.2

2-15-97 50.1

2-17-97 50.8

2-18-97 48.0

2-19-97 49.5

2-20-97 48.0

전술한 데이터는 병의 공간을 최소한 90%의 순산소로 유지시키는 산소 소스가 구비된 본 발명에 따른 음료수 냉각기로부터 분배된 이미 산화된 음료수가 전체 사용주기(대략 10일) 동안 과포화 상태(용존 산소 리터당 20mg 이상)를 유지한다는 것을 명백하게 나타낸다. 공간의 산소 레벨을 제어하는 산소 소스가 구비되지 않은 음료수 냉각기로부터 분배된 이미 산화된 음료수는 음료수 냉각기에서 5일 이상과포화 상태가 유지되지 않는다. 따라서, 산소 소스가 없는 종래 기술의 표준 음료수 냉각기는 5갤런 병의 10-14일 동안의 사용주기 내내 과포화된 음료수를 일정한 용존 산소 레벨로 효과적으로 공급하지 못한다. 상기 데이터는 본 발명의 장점 및 특징을 나타낸다.

전술한 바와 같이, 산소 소스(22)의 바람직한 형태는 압력 스윙 흡착장치 형태의 산소발생기이다. 압력 스윙 흡착과정은 잘 알려져 있으며, 간략하게 말하면, 주위공기 또는 실내공기로부터 산소를 추출하는데 사용되는 분리과정이다. 상기 추출은 압축공기 흐름을 분자 시브(molecular sieve)라고 하는 물질로 채워진 탱크 내에 주입함으로써 실행된다. 상기 시브는 질소를 산소보다 더 신속하게 흡수하도록 설계된 비드(bead) 형태의 불활성 세라믹 소재이다. 시브 탱크 내에 압력이 발생할 때, 질소 분자 자체는 시브에 부착되는 반면 산소 분자는 생성가스(procuct gas)로서 통과한다. 다음에, 생성산소는 소형 저장탱크로 보내져서 필요할 때까지 유지된다. 저장된 산소는 평방인치 게이지당 2 파운드(2 pounds per square inch gage: 2 PSIG)까지의 압력 및 분당 0.5 내지 1,0 리터의 유속으로 사용가능하다.

따라서, 전술한 제1 탱크의 시브는 질소 분자로 포화되어 재생될 필요가 있다. 이것은 시브 탱크의 압력을 대기로 배출함으로써 실행된다. 시브에 이미 부착된 질소 분자가 제거되고, 수초 이내에 시브 베드(sieve bed)가 공급 공기를 수용하여 산소를 다시 생성하기 시작한다. 발생기를 통과한 산소 및 공기는 전기로 동작되는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)에 의하여 자동적으로 제어된다. 밸브 사이클 타임은 전자식 타이머에 미리 설정된다.

도 1에 예시된 산소발생기 시스템은 에어 컴프레서(40), 밸브, 타이밍회로, 탱크(42, 44), 압력 게이지, 및 산소발생 시스템 내에 완전히 일체로 될 수 있는 다른 필요한 배관 구성품 모두를 포함한다. 도 2는 대략 높이가 14인치, 폭이 6.5인치 및 깊이가 8.0인치로 소형화된 변형예를 예시한다. 소형화된 변형예는 탱크(50, 52), 컴프레서(54) 및 컨트롤(56)을 포함한다.

따라서, 본 발명은 상기 의도하는 목적이 달성된다는 점이 명백하다. 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하였으나 이것은 단지 예시적이며 한정하려는 것이 아니다.

Claims (19)

1. 냉각기 상에 설치된 물병으로부터 산소가 풍부한 물―여기서 물의 용존 산소량은 냉각기 상에 설치되기 전에 레벨이 높음―을 분배하는 음료수 냉각기에 있어서,

   상기 냉각기에 일체로 되어 물이 상기 냉각기에 의하여 상기 병으로부터 분배되는 동안 상기 병 속의 물의 용존 산소량을 실질적으로 상기 높은 레벨로 유지시키는 산소 소스를 포함하는 음료수 냉각기.
2. 제1항에 있어서, 상기 산소 소스가 상기 음료수 냉각기 내의 산소발생기를 포함하는 음료수 냉각기.
3. 제2항에 있어서, 상기 산소발생기가 압력 스윙 흡착 산소발생장치(pressure swing adsorption oxygen generating apparatus)를 포함하는 음료수 냉각기.
4. 제1항에 있어서, 상기 냉각기 내의 탱크는 상기 병으로부터 물을 수용하고, 산소가 상기 산소 소스로부터 상기 탱크 내의 물을 통하여 상기 병 속의 물 상측 공간으로 전달되는 음료수 냉각기.
5. 음료수 냉각기에 있어서,

   (a) 물이 병 속에 채워지는 동안 미리 설정된 높은 레벨의 용존 산소량을 가지는 산소가 풍부한 물이 채워져 있는 병을 수용하는 하우징;

   (b) 상기 하우징 상에 설치될 때 병으로부터 물을 수용하는 상기 하우징 내의 탱크;

   (c) 상기 탱크로부터 물을 분배하는 수단;

   (d) 상기 하우징과 결합되어 상기 탱크 내의 물을 냉각시키는 냉각 소스(refrigeration source);

   (e) 상기 하우징과 결합된 산소 소스(oxygen source); 및

   (f) 산소를 상기 소스로부터 상기 탱크 내의 물을 통하여 병 속의 물 상측 공간으로 주입시켜 병 속의 물의 용존 산소량을 물이 상기 냉각기에 의하여 병으로부터 분배되는 동안 실질적으로 상기 높은 레벨로 유지시키는 수단

   을 포함하는 음료수 냉각기.
6. 제5항에 있어서, 상기 산소 소스가 산소발생기를 포함하는 음료수 냉각기.
7. 제6항에 있어서, 상기 산소발생기가 압력 스윙 흡착 산소발생장치를 포함하는 음료수 냉각기.
8. 음료수 분배장치에 있어서,

   (a) 음료수가 채워져 있는 거꾸로 세워진 병을 자신의 상측 단부 상에 수용하는 하우징;

   (b) 상기 상측 단부 하측에 위치되어 중력에 의하여 상기 병으로부터 흐르는 물을 수용하는 상기 하우징 내의 탱크;

   (c) 상기 탱크로부터 물을 분배하는 출구;

   (d) 상기 하우징 내의 산소 소스; 및

   (e) 산소를 상기 소스로부터 상기 탱크 내의 물을 통하여 상기 병 속의 물 상측 공간으로 주입시키는 수단

   을 포함하는 음료수 분배장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 병에는 물을 병에 채우는 동안 미리 설정된 높은 레벨의 용존 산소량을 가지는 산소가 풍부한 물이 채워져 있고, 상기 탱크 내의 물을 통하여 상기 공간으로 주입된 산소는 물이 상기 장치에 의하여 병으로부터 분배되는 동안 병 속의 물의 용존 산소량을 실질적으로 상기 높은 레벨로 유지시키는 음료수 분배장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 탱크 내의 물을 냉각시키는 냉각 소스를 상기 하우징 내에 추가로 포함하는 음료수 분배장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 산소 소스가 산소발생기를 포함하는 음료수 분배장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 산소발생기가 압력 스윙 흡착장치를 포함하는 음료수 분배장치
13. 음료수 냉각기 상에 설치된 물병으로부터 산소가 풍부한 물―여기서 물은 상기 냉각기 상에 설치되기 전에 높은 레벨의 용존 산소량을 가짐―을 분배하는 방법에 있어서,

    a. 상기 음료수 냉각기 내에 일체로 된 소스로부터 산소를 제공하는 단계; 및

    b. 상기 산소를 상기 소스로부터 상기 병 속의 물 상측 공간으로 전달하여 상기 병의 사용주기 내내 상기 병 속의 물의 용존 산소량을 실질적으로 상기 높은 레벨로 유지시키는 단계

    를 포함하는 산소가 풍부한 물의 분배방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 산소 소스가 상기 음료수 냉각기 내의 산소발생기를 포함하는 산소가 풍부한 물의 분배방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 산소발생기가 압력 스윙 흡착 산소발생장치를 포함하는 산소가 풍부한 물의 분배방법.
16. 제13항에 있어서, 물은 상기 병으로부터 상기 냉각기 내의 탱크에 수용되고, 산소는 상기 소스로부터 상기 탱크 내의 오리피스(orifice)를 통과하여 공간으로 전달되는 산소가 풍부한 물의 분배방법.
17. 음료수 냉각기로부터의 물 분배방법에 있어서,

    a. 상기 냉각기에 설치되기 전에 설정된 높은 레벨의 용존 산소량을 가지는 산소가 풍부한 물이 채워져 있는 병을 냉각기의 하우징 상에 설치하는 단계;

    b. 물을 상기 병으로부터 상기 하우징 내의 탱크로 주입시키는 단계;

    c. 상기 탱크 내의 물을 상기 하우징 내의 냉각 소스 수단에 의하여 냉각시키는 단계;

    d. 상기 탱크로부터 물을 분배하는 단계;

    e. 산소를 상기 하우징 내의 상기 소스로부터 제공하는 단계; 및

    f. 상기 산소를 상기 탱크 내의 물을 통하여 상기 병 속의 물 상측 공간으로 주입시켜 상기 병의 사용주기 내내 상기 병 속의 물의 용존 산소량을 실질적으로 상기 높은 레벨로 유지시키는 단계

    를 포함하는 물 분배방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 산소 소스가 산소발생기를 포함하는 물 분배방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 산소발생기가 압력 스윙 흡착 산소발생장치를 포함하는 물 분배방법.