KR20010099698A

KR20010099698A - 내장형 산소 발생기 및 산소 주입 시스템을 구비한 병입된물 냉수기

Info

Publication number: KR20010099698A
Application number: KR1020017004753A
Authority: KR
Inventors: 대니얼지.정; 진아이.정
Original assignee: 이정곤; 오투테크 주식회사
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-11-09
Also published as: US6149804A; DE69913730T2; DE69913730D1; CA2346958A1; EP1129036B1; KR100694167B1; ATE256640T1; AU1597200A; WO2000023384A1; CA2346958C; EP1129036A4; EP1129036A1; JP2002527239A; CN1323280A

Abstract

단일 하우징 구조(10) 내에서 결합된 병입된 물/수도물 냉수기 및 콤팩트한 산소 발생기 시스템(100). 산소 발생기(100)는 산소 압축기(300)를 포함한다. 산소 발생기(100)는 압축 공기를 발생하기 위한 공기 압축기(300)를 포함하며, 어느 수간에 하나만이 동작하는 두 개의 분자 체 베드(120, 130)를 구비한다. 제1 분자 체 베드(120)가 질소를 흡수하는 동안에, 약 95%의 순도를 가진 산소가 유량계(50)를 통과하여 확산기(30)에 전달될 수 있으며, 확산기(30)는 병입된 물 또는 정수된 수돗물을 공급받는 정수된 음료수 용기(20)로 산소를 제공한다. 제1 분자 체 베드(120)가 가득 찬 후에는, 제2 분자 체 베드(130)가 활성화되어서 질소를 흡수하여 산소가 통과할 수 있도록 하며, 이와 동시에 제1 분자체 내에 있는 질소는 대기 중으로 배출된다. 제1 및 제2 분자 체 베드들은 서로 번갈아서 동작하여, 시스템이 타이머에 의해 제어되는 두 개의 3-경로 밸브들(113, 115)을 사용하여 연속적으로 동작할 수 있게 해준다.

Description

내장형 산소 발생기 및 산소 주입 시스템을 구비한 병입된 물 냉수기{Bottled Water Cooler with Built-in Oxygen Generator and Oxygen Injection System}

생명을 유지하기 위해 가장 중요한 요소는 우리가 숨쉬는 공기이다. 모든 생명체가 계속적인 산소 공급을 필요로 한다는 것은 잘 알려져 있는 사실이다. 그런데, 우리가 숨쉬는 일반적인 품질의 공기는 약 20%의 산소만을 함유하고 있다. 화석 분석에 따르면, 고대로부터의 과거 공기에는 오늘날의 오염된 공기에 비해 약 두 배의 산소량이 함유되어 있었던 것으로 나타난 바 있다. 순수한 산소를 흡입하는 것을 해볼 수도 있겠지만, 흡입이 길어지게 되면 시간이 경과함에 따라 사람의 폐활량이 감소되어 건강이 나빠지는 문제가 야기될 수 있다.

생존을 위해 두 번째로 필요한 요소는 물이다. 그런데, 공공용수에는 물을 소독하기 위해 사용되는 염소와 같은 유해 화학물질들이 상당량 함유되어 있다.최근에는, 깨끗하고 화학물질들이 적으며 수돗물보다 맛이 좋다는 이유로 인해, 병에 담긴 물이 점점 더 인기를 끌고 있다. 그 결과, 냉수기 시스템의 사용이 보다 보편화되어 왔다.

식수 회사들은 병입 단계에서 대규모 생산설비로 된 산소발생기들을 사용하여 공급수에 높은 농도의 산소를 추가하는 것을 시도해왔다. 그렇지만, 병입된 물이 최종 소비자인 고객에게 배달되는 동안에 페트(PET) 병을 통해서 산소가 소모되기 때문에, 이처럼 산소화된 공급수에 있는 산소 농도는 시간이 갈수록 낮아지게 된다. 따라서, 배달 시간과 제품이 소매점 선반에 얹혀 있는 시간이 길어질수록, 병입된 물 내에 있는 산소량은 적어지게 된다.

일부 식수 회사들은 병입 단계에서 과다한 농도의 산소를 추가함으로써 열화 문제를 해결하는 것을 시도해왔다. 그렇지만, 과다한 산소 농도는 병입된 물의 샘물과 같은 풍미를 변화시킬 수가 있다. 용존 산소 레벨이 높을수록, 물에서 산소가 분해되어 나오는 속도가 빨라지게 된다.

본 발명자들은 다음 미국특허들을 알고 있다: 라 라우스(La Raus)에게 부여된 제3,692,180호, 라 라우스에게 부여된 제3,699,776호, 트로글리오네(Troglione)에게 부여된 제3,726,404호, 제프(Zeff)에게 부여된 제3,843,521호, 스톱카(Stopka)에게 부여된 제4,176,061호, 디첸(Dechene)에게 부여된 제4,552,571호, 캔포라(Canfora)에게 부여된 제4,636,226호, 디첸에게 부여된 제4,698,075호, 스탠포드(Stanford)에게 부여된 제4,869,733호, 휴즈(Hughes)에게 부여된 제5,106,495호, 램소어(Ramsauer)에게 부여된 제5,190,648호, 마쯔이 등(Matsui etal.)에게 부여된 제5,366,619호, 및 모란 등(Moran et al.)에게 부여된 제5,928,610호. 그렇지만, 이 특허들 중 어느 것도 위에서 기술한 종래 기술들의 문제점을 전부 해결하지는 못한다. 예를 들어, 이 특허들 중 많은 것은 공급되는 물에 오존을 주입하는 것에 관한 것이지 산소를 주입하는 것에 관한 것이 아니다. 더욱이, 이 특허들은 일반적으로, 병입된 물 냉수기 또는 수돗물 냉수기에 사용하기에는 적합하지 않은, 크기가 크고 복잡한 그리고/또는 고가인 부품들을 사용한다.

본 발명은 냉수기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공급되는 물에 산소를 주입하기 위한 내장형 산소 발생기를 구비한 병입된 물/수도물 냉수기에 관한 것이며, 1998년 10월 16일 출원된 미국 가특허출원 제60/104,541호를 기초로 한 우선권을 주장한다.

도 1은 본 발명에 의한 새로운 산소 발생기 시스템의 사시도이다.

도 2는 단일 하우징 내에 설치되는 물 용기, 냉각 부재 및 도 1의 산소 발생기 시스템의 측면도이다.

도 3은 화살표 A에 따른 도 2의 정면도이다.

도 4는 도 1 내지 도 3의 산소 발생기 시스템의 구성도이다.

도 5는 도 4의 산소 발생기 시스템에 사용되는 3-경로 밸브들에 대한 타이머 제어 시스템의 구성도이다.

본 발명의 첫 번째 목적은 물에 함유된 산소 레벨을 극대화시키면서 물의 발포성 풍미를 유지시키는, 병입된 물/수도물 냉수기 내에서의 물 산소화 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은 냉수기 하우징 내에 내장되는 병입된 물/수도물 냉수기용의 콤팩트한 산소화 발생기를 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 물 용기를 구비한 병입된 물/수도물 냉수기 내부에 산소 발생기 및 산소 주입기/확산기를 합체시키는 것을 포함한다. 전형적인 샘물 또는 정수된 물은 약 3 밀리그램/리터(mg/l 내지 ppm) 및 약 7 mg/l 사이의 용존 산소를 함유하며, 용존 산소의 포화도는 온도와 같은 일정 조건들에 따라 다르지만 약 10 mg/l인 것으로 알려져 있다. 본 발명을 사용하면, 약 95%까지의 순도를 가진 산소를 그 자리에서 발생하여 물 용기 내부로 주입할 수 있다. 본 발명은 물 안에 있는 용존 산소 레벨을 "과포화" 상태(정상적인 포화 레벨보다 높은 상태를 의미함)로 증가시켜서 용존 산소(DO) 레벨이 30 mg/l 이상이 되도록 할 수 있다.

본 발명의 신규한 점은 산소 발생과 물 내부로의 산소 주입이 모두 냉수기 자체 내에서 이루어진다는 것이다. 특별한 조작이나 물에 대한 특별한 처리가 전혀 필요없다. 냉수기의 시스템이 동작을 시작하기 전에는, 본 장치가 설치된 냉수기 내에 있는 물이 "산소화(oxygenation)"되지 않으며 용존 산소 레벨이 상승된 수치를 가지지 않는다.

용기 내부로의 산소 주입은 확산기를 사용하여 이루어질 수 있다. 그 대안으로서, 산소 주입이 벤츄리형(Ventury-type) 노즐 주입기를 사용하여 이루어질 수도 있다. 본 발명의 시스템으로부터 빼낸 물에 대한 테스트 결과, 용존 산소 레벨이 4 시간(한 잔의 물을 소비하는데 정상적으로 소요되는 시간보다 긴 시간임) 이상동안 "과포화" 상태를 유지하는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 다른 목적 및 효과는 첨부된 도면에 도식적으로 예시된 바람직한 실시예에 대한 아래의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명이 다른 실시예로 구현될 수도 있기 때문에 본 발명이 특정 구조를 가진 장치의 구체적 특징에 한정되지 않는다는 것을 이해해야만 한다. 또한, 여기에서 사용하는 용어는 기재 상의 목적을 위해 선택되어 사용되는 것으로서 한정적인 의미로 사용되는 것이 아니다.

도 1은 본 발명에 의한 새로운 산소 발생기 시스템(100)의 사시도인데, 상기 시스템은 높이가 약 7과 1/2 인치, 좌우 폭이 약 9 인치, 전후 폭이 약 6 인치의 전체적인 크기를 가지며, 높이가 약 10 내지 약 42 인치, 좌우 폭이 약 7 내지 약 18 인치, 전후 폭이 약 8 내지 18 인치의 크기를 가지는 하우징(10) 내에 설치된다.

도 2는 단일 하우징(10) 내에 설치되는 물 용기, 냉각 압축기(300) 및 도 1의 산소 발생기 시스템(100)의 측면도이다. 도 3은 화살표 A에 따른 도 2의 정면도이다. 냉각 압축기(300)는 라 라우스에게 부여된 미국특허 제3,699,776호에 기재된 것과 같은 전형적인 냉각 압축기인데, 상기 미국특허 공보의 내용을 참고자료로써 본 명세서에 합체시킨다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 물 용기(10)는 그 내부에 물을 담고 있으며, 병입된 물 용기(5)를 지지할 수 있다. 변형된 실시예에 있어서는, 물이 외부의 정수 유닛 및 상수도회사 등으로부터 수도관(7)을 통해 공급될 수도 있다. 유입되는 물을 더 정수하기 위해 추가적인 소모품형 필터(9)가 사용될 수도 있다. 냉각 시스템(200, 도 5에 보다 구체적으로 도시되어 있음)은 물 용기(10)로부터 공급되는 물을 냉각시킬 수 있다. 산소 발생기 시스템(100, 도 4에 도시되고 표현됨)은 공급라인(101)을 경유하여 니들 밸브(60)로 산소를 공급하고, 니들 밸브(60)는 산소 유량계(50)로의 산소 흐름을 조절하며, 산소 유량계(50)는 용기(20)로 공급되는 산소량을 계량하고 사람이 눈으로 볼 수 있게 표시해줄 수 있다. 유량계(50)로부터, 발생된 산소는 미주리주 소재 에이지 인더스트리즈(AG Industries)사가 공급하는 인라인(in-line) 박테리아 필터와 같은 산소 필터(45)를 통과하여, 공급되는 산소 내에 있는 박테리아가 박멸될 수 있게 된다. 그 다음, 산소는 산소의 역방향 흐름을 방지하는 체크 밸브(40)를 통과한 후, 용기(20)의 저면으로 산소를 주입하는 확산기(30)로 공급되어 용기(20) 내에 있는 공급수를 산소화(oxygenerating)시키게 된다. 상기 확산기(30)는 산소가 용기(20) 내에서 떠오르는 소형 기포들로 흩트러지게 할 수 있는 소형 홀들을 포함할 수 있다. 여기에서 사용될 수 있는 확산기가 라 라우스에게 부여된 미국특허 제3,692,180호 및 제3,699,776호에 기재되어 있는데, 상기 미국특허 공보들의 내용을 참고자료로써 본 명세서에 합체시킨다.

도 4는 도 1 내지 도 3의 산소 발생기 시스템(100)의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 공기 압축기(110)는 압축 공기를 화살표(O1) 방향으로 라인(111)을 따라서 스플릿터(112)로 공급하며, 상기 스플릿터(112)는 각각이 배기 머플러(114, 116)를 구비하는 3-경로 밸브들(113, 115)로 공기를 분기시킨다. 도 5는 3-경로 밸브들(113, 115)에 대한 제어 시스템을 보여준다.

상기 시스템은 3-경로 밸브(115)가 먼저 폐쇄되고 3-경로 밸브(113)가 먼저 개방되어 압축 공기가 먼저 실린더 컨테이너(120)로 유입되도록 셋업될 수 있는데, 상기 실린더 컨테이너(120)는 실린더 컨테이너(120) 내에 있는 질소를 포획하는 제1 분자 체 베드(molecular sieve bed)(125)를 포함하며 산소가 정화 오리피스(122)를 통해 라인(140) 및 혼합 탱크(150)로 흐르고 곧이어 라인(101)을 통해서 화살표(O3) 방향으로 흐르게 해준다. 정화 오리피스들(122, 132)은 산소 흐름을 조절하며 제곱인치당 12 개(pounds)가 형성될 수 있는 소형 선택적 구멍들을 가지고 있다. 혼합 탱크(150)는 산소 압력을 더 증가시키기 위한 용기로 작용하는 실린더이다. 니들 밸브(60)는 분당 약 0.2 리터의 흐름 속도로 방출하도록 수동으로 설정될 수 있는데, 혼합 탱크(150)와 함께 상기 흐름 속도는 약 95%까지 순도를 가진 산소가 통과하도록 하는 것을 고려한 것이다. 흐름 속도가 이보다 높으면 산소의 순도가 95% 이하로 떨어지게 된다.

도 4를 참조하면, 제1 체 베드(125)가 일단 질소로 가득 차면, 배기 밸브(113)는 폐쇄되고 라인(111)으로부터의 압축 공기는 이때 개방되어 있는 3-경로 밸브(115)를 통해서 제2 실린더 컨테이너(130)로 보내어지는데, 상기 제2 실린더 컨테이너(130)는 제2 실린더 컨테이너(130) 내에 있는 질소를 포획하면서 분리된 산소가 정화 오리피스(122)를 통해서 라인(140) 및 혼합 탱크(150)로 흐르도록 하는 제2 분자 체 베드(molecular sieve bed)(135)를 그 내부에 구비한다. 제2 베드(135)가 산소와 질소를 분리하는 동안에, 제1 베드는 그 내부에 있는 질소를 배기 머플러(116)를 통해 대기 중으로 배출한다. 제2 베드(135)가 가득 차면, 3-경로 밸브(60)가 폐쇄되고 라인들(111, 112)로부터의 압축 공기는 다시 제1 베드(125)로 공급된다. 여기서, 제2 베드(135) 내에 담겨진 질소는 배기 머플러(116)를 통해 대기 중으로 배출되며, 이 과정이 계속적으로 반복되어 라인(101)으로의 산소 흐름이 일정하게 이어질 수 있도록 하게 된다. 산소 발생기 시스템(100) 내에 있는 부품들은 대단히 콤팩트하다. 예를 들어, 실린더들(120, 130) 및 혼합 탱크(150) 각각의 크기는 약 2 인치의 직경과 약 7 인치의 길이를 가질 수 있다. 실린더들(120, 130) 내에 있는 분자 체 베드들(125, 135)의 부품들은 디첸에게 부여된 미국특허 제4,552,571호 및 4,698,075호와 캔포라에게 부여된 미국특허 제4,636,226호에 기재된 것들과 유사할 수 있는데, 상기 미국특허 공보들의 내용을 참고자료로써 본 명세서에 합체시킨다. 위에서 기술한 바와 같이, 새로운 산소 발생기 시스템은 현장에서 용기내의 물로 직접 주입될 수 있는 약 95%까지의 순도를 갖는 산소를 발생시킨다.

도 5는 도 4의 산소 발생기 시스템에 사용되는 3-경로 밸브들(113, 115)에 대한 타이머 제어 시스템의 구성도(200)이다. 115 볼트(V) 교류 전원은 115 V 교류 전원 및 220 V 전원 등으로부터의 전력을 핫 라인(202) 및 뉴트럴 라인(204)을 통해서 시간 스위치(203) 및 터미널 블록(220)에 공급하는데, 이중에서 상기 터미널 블록(220)은 액슬 팬(230) 및 공기 압축기(110)에 전력을 공급한다. 온/오프 타이머(240)는 3-경로 밸브(113) 및 3-경로 밸브(115)의 교번 동작을 제어한다. 액슬 팬(230)은 외부 시스템(1)으로부터의 공기를 공기 압축기(110)로 순환시켜서, 공기 압축기에 공급되는 공기에 신선하지 않은 공기가 포함되지 않도록 함과 아울러 장비를 냉각시키게 된다. 액슬 팬(230)은 가열된 공기가 축적되어 압축기(230)의 공기 흡입구로 흡입되는 것을 감소시킨다. 시간 스위치(230)로는 그래슬린(Grasslin)사가 제조하는 그래슬린 타이머와 같은 외부 디지털 시간 조절기 또는 시간 프로그래밍이 가능한 공기 조절용 자동 온도 조절기 등이 사용될 수 있다. M은 산소 발생기 시스템(100) 특히 공기 압축기(100), 액슬 팬(230) 및 전력을 공급받는 기타 부품들에 대한 수동 파워 온/오프 스위치를 나타낸다. 상자(230) 내에 있는 표식들(3, 4, 5)은 심야에는 꺼지고 주중에는 켜지는 것 등과 같이 선택된 시간대에 동작할 수 있도록 온/오프 타이머(240)를 프로그래밍할 수 있음을 나타낸다. 스위치(3)가 단자(5)에 접속되면 오프 모드가 되며, 스위치(3)가 단자(4)에 접속되면 온 모드가 된다. 온/오프 타이머(240)는 프리시젼 타이머(Precision Timer)사가 제조하는 에이씨피(ACP) 타이머와 같은 반도체 타이머일 수 있다. 온/오프 타이머(240)는 약 6초 동안 3-경로 밸브(113)를 켜서 압축 공기가 체 베드(125) 내부로 통과하도록 하고 그 동안 3-경로 밸브(115)가 꺼지도록 사전 선택될 수 있다. 6초 후에, 밸브(113)는 베드(125)로부터의 질소를 배출하기 위하여 배기 머플러(114)로 스위칭된다. 1초 후에, 밸브(115)가 6초 동안 켜져서 체 베드(135) 내에 질소가 흡수되도록 하게 된다. 이 시간 중에, 밸브(113)는 총 7초 동안 체 베드(125)로부터의 질소를 배기 머플러(114)를 통해 대기 중으로 배출하게 된다. 6초 동안 켜진 후에 밸브(115)는 배출 모드로 전환되며, 밸브(113)는 켜진 위치로 전환되어 체 베드(125)가 다시 질소 흡수를 시작하도록 하게 된다. 시간 스위치(130)가 켜짐 위치 시간에서 동작하는 한, 시스템은 계속적으로 동작한다.

비록 바람직한 실시예가 확산기를 사용하는 것으로 기재하기는 하였지만, 본 발명은 벤츄리형(Ventury-type) 주입기를 가지고 구현할 수도 있다. 기재된 실시예는 확산기를 사용하지 않고서 사용될 수도 있지만, 물 내부로의 산소포화가 확산기 또는 벤츄리형 주입기를 사용할 때만큼 효율적이지는 않을 것이다.

실제로 생각되어온 몇가지 실시예들 및 변형예들의 여러 관점에서 본 발명을 기재하고 공개하며 예시하고 보였지만, 본 발명의 범위는 이것들에 한정되는 것으로 의도된 것이 아니고 이와 같이 생각하여야 되는 것도 아니며, 여기서 제시한 것들을 토대로 제안될 수 있는 다른 변형예들 또는 실시예들 또한 특히 첨부된 특허청구범위의 폭과 범위 내에 있는 한 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

단일 하우징;

상기 단일 하우징에 의해 지지되며, 음료수를 담고 있는 용기;

상기 하우징 내에 있으며 상기 음료수를 냉각하기 위한 냉각 수단;

상기 하우징 내에 있으며 산소를 발생하기 위한 산소 발생기; 및

상기 하우징 내에 있으며 상기 산소를 상기 음료수에 삽입하기 위한 삽입 수단;

을 포함하는 콤팩트한 정수기 겸 산소 발생기 시스템.
제1항에 있어서, 상기 용기가 병입된 물을 포함하는 콤팩트한 정수기.
제1항에 있어서, 상기 삽입 수단이

산소 확산기;

를 포함하는 콤팩트한 정수기.
제1항에 있어서, 상기 산소 발생기가

질소 및 산소 분리 수단에 압축된 동기를 공급하는 공기 압축기;

를 포함하는 콤팩트한 정수기.
제4항에 있어서, 상기 질소 및 산소 분리 수단이

질소를 흡수하기 위한 제1 분자 체 베드; 및

질소를 흡수하기 위한 제2 분자 체 베드;

를 포함하며, 상기 제1 분자 체 베드가 상기 제2 분자 체 베드와 교번적으로 사용되는 콤팩트한 정수기.
제5항에 있어서,

상기 제1 분자 체 베드 및 상기 제2 분자 체 베드로부터 상기 흡수된 질소를 배출하기 위한 배기 수단;

을 더 포함하는 콤팩트한 정수기.
제5항에 있어서,

상기 제1 분자 체 베드 및 상기 제2 분자 체 베드의 활성화를 교번하기 위한 타이머;

를 더 포함하는 콤팩트한 정수기.
제5항에 있어서,

상기 제1 분자체 베드를 위한 제1 3-경로 밸브; 및

상기 제2 분자체 베드를 위한 제2 3-경로 밸브;

를 더 포함하는 콤팩트한 정수기.
제8항에 있어서, 제1 및 제2 3-경로 밸브 각각이

상기 제1 분자 체 베드 및 상기 제2 분자 체 베드로부터 상기 흡수된 질소를 대기 중으로 배출하기 위한 배기 수단;

을 포함하는 콤팩트한 정수기.
제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 분자 체 베드 각각이

약 5 인치의 직경과 약 10 인치의 길이로 된 크기

를 포함하는 콤팩트한 정수기.
제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 분자 체 베드 각각이

약 2 인치의 직경과 약 7 인치의 길이로 된 크기

를 포함하는 콤팩트한 정수기.
제1항에 있어서, 상기 산소 발생기가

그 위치에서 약 95% 까지의 순도를 갖는 산소를 발생시키기 위한 산소발생 수단;

을 포함하는 콤팩트한 정수기.
제1항에 있어서, 상기 용기가

수도관으로부터의 수돗물을 공급받기 위한 수도물 소스;

를 포함하는 콤팩트한 정수기.
제13항에 있어서,

상기 수도물 소스와 상기 용기 사이에 설치되는 필터;

를 더 포함하는 콤팩트한 정수기.
제1항에 있어서, 상기 단일 하우징이

약 10 내지 약 42 인치의 높이, 약 7 내지 약 18 인치의 좌우 폭, 약 8 내지 18 인치의 전후 폭으로 된 크기

를 포함하는 콤팩트한 정수기.
약 10 내지 약 42 인치의 높이, 약 7 내지 약 18 인치의 좌우 폭, 약 8 내지 18 인치의 전후 폭으로 된 크기를 갖는 하우징;

상기 하우징에 의해 지지되며, 정수된 음료수를 담고 있는 용기;

상기 하우징 내에 있으며 상기 음료수를 냉각하기 위한 냉각 수단;

상기 하우징 내에 있으며 약 95% 까지의 순도를 갖는 산소를 발생하기 위한 산소 발생기; 및

상기 하우징 내에 있으며 상기 산소를 상기 음료수에 삽입하기 위한 삽입 수단;

을 포함하는 콤팩트한 정수기 겸 산소 발생기 시스템.