KR20070008103A - 산소수 제조 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주어진 온도에서 최대의 용존 산소량을 유지하면서도 간소화된 구조를 통해 산소수를 제조할 수 있으며, 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 제조할 때 소모되는 에너지의 소비 효율성을 증진시킬 수 있도록 한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 물 전기분해 방식이나 혹은 저장 탱크의 모든 물을 산소로 포화시키는 방식으로 산소수를 생성하는 종래 방법과는 달리, 산소 미립자 발생기와 나선형 배관 구조의 용해조를 이용하며, 물과의 혼합을 위한 산소를 발생하는 산소 발생기의 작동을 사용자 선택적으로 실현함으로써, 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 간단하고 손쉽게 제조할 수 있는 것이다. 또한, 본 발명은 산소수가 필요할 때에만 산소 발생기를 선택적으로 작동시키기 때문에 산소수 제조 장치에서 소비되는 에너지의 소모량을 절감할 수 있으며, 필요할 때에만 산소 발생기를 선택적으로 작동시킴으로써 산소 발생기의 작동에 기인하는 소음 발생을 억제할 수 있는 것이다.

Description

산소수 제조 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING OXYGEN WATER}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 산소수 제조 장치의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 산소수의 제조 및 배출을 제어하는 시스템의 블록구성도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 산소수를 제조하는 과정을 도시한 순서도,

도 4는 온도에 따라 산소의 헨리상수가 변화하는 결과를 보여주는 도표,

도 5는 해수 및 육수 각각에 대해 온도 변화에 따라 용존 산소량이 변화하는 검사 결과를 보여주는 도표.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

102 : 저장 탱크 104 : 산소 발생기

106a : 물 공급관 106b : 산소 공급관

108 : 제 1 솔레노이드 밸브 110 : 미립자 발생기

112 : 혼합조 112a : 용존 산소 센서

114 : 용해조 116 : 보조 탱크

118 : 배출관 120 : 제 2 솔레노이드 밸브

본 발명은 산소수 제조 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 용존 산소량을 유지하면서도 간소화된 구조와 에너지의 소비 효율성을 증진시키는 적합한 산소수 제조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

근래 들어, 생활 수준이 향상되면서 웰빙에 대한 사람들의 욕구가 전방위적으로 발현하고 있으며, 이러한 사람들의 웰빙 욕구를 충족시켜 주기 위한 방편으로서 연수기, 정수기, 이온수기, 산소수기, 비데 등의 사용이 보편화되어 가고 추세이다. 여기에서, 본 발명은 적정량의 용존 산소량을 갖는 산소수를 제조하는 산소수기의 기술 개량에 관련된다.

전형적인 종래의 산소수 발생 기법으로는, 물 전기분해 방식을 이용하여 산소수를 생성하는 방법(이하, "종래 선행 방법"이라 함)과 물이 저장된 저장 탱크에 산소를 공급하여 저장 탱크에 담겨 있는 모든 물을 산소로 포화시킴으로써 산소수를 생성하는 방법(이하, "종래 후행 방법"이라 함)이 있다.

그러나, 상술한 종래 선행 방법은 물 전기분해 방식이어서 산소가 미량으로 발생하기 때문에 단시간 내에 산소를 용해하지 못한다는 문제가 있으며, 이러한 문제는 결국 목표로 하는 용존 산소량을 갖는 산소수를 생산하는데 한계점으로 작용하고 있다. 또한, 상술한 종래 후행 방법은 저장 탱크에 담겨진 모든 물을 산소로 포화시키기 때문에 불필요하게 많은 에너지가 소모될 뿐만 아니라 시간적인 제한성 이 수반될 수밖에 없는 문제점이 있다.

본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주어진 온도에서 최대의 용존 산소량을 유지하면서도 간소화된 구조를 통해 산소수를 제조할 수 있는 산소수 제조 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 목표로 하는 용존 산소량을 갖는 산소수를 제조할 때 소모되는 에너지의 소비 효율성을 증진시킬 수 있는 산소수 제조 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에 따른 본 발명은, 물과 산소를 혼합하여 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 제조하는 장치로서, 외부로부터 유입된 물을 저장하는 저장 탱크와, 상기 저장 탱크에 저장된 물의 배출을 통제하는 수단과, 산소를 발생하는 산소 발생기와, 상기 발생된 산소를 미립자 산소로 변화시키는 미립자 발생기와, 상기 배출된 물과 발생된 미립자 산소를 혼합하는 혼합 수단과, 임의의 길이를 갖는 나선형 배관 구조를 통해 상기 배출된 물에 혼합된 산소를 용해시켜 상기 산소수를 생성하는 용해 수단과, 상기 생성된 산소수를 임시 저장하는 보조 탱크와, 상기 보조 탱크에 저장된 상기 산소수의 배출을 통제하는 수단을 포함하는 산소수 제조 장치를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점의 일 형태에 따른 본 발명은, 저장 탱크에 저장된 물과 산소 발생기에서 발생한 산소를 혼합하여 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 제조하는 방법으로서, 상기 산소수의 배출 목표물이 감지되는 지 를 체크하는 과정과, 상기 배출 목표물이 감지될 때, 이전에 생성된 산소수를 저장하고 있는 보조 탱크의 배출구를 개방하여 저장된 산소수를 상기 배출 목표물로 배출시키고, 상기 산소 발생기를 작동시킴과 동시에 상기 저장 탱크의 배출구를 개방함으로써 물과 발생된 산소를 혼합/용해하여 산소수를 생성하며, 이 생성된 산소수를 상기 보조 탱크로 유입시키는 과정과, 상기 배출 목표물의 위치 이탈을 감지하는 과정과, 상기 위치 이탈이 감지될 때, 상기 보조 탱크의 배출구를 폐쇄하는 과정과, 상기 보조 탱크 폐쇄 이후의 경과 시간을 체크하여 기 설정된 기준 시간이 되었는지를 체크하는 과정과, 상기 경과 시간이 상기 기 설정된 기준 시간이 될 때, 상기 산소 발생기의 작동을 정지시킴과 동시에 상기 저장 탱크의 배출구를 폐쇄하는 과정을 포함하는 산소수 제조 방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점의 다른 형태에 따른 본 발명은, 저장 탱크에 저장된 물과 산소 발생기에서 발생한 산소를 혼합하여 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 제조하는 방법으로서, 상기 산소수의 배출 목표물이 감지되는 지를 체크하는 과정과, 상기 배출 목표물이 감지될 때, 이전에 생성된 산소수를 저장하고 있는 보조 탱크의 배출구를 개방하여 저장된 산소수를 상기 배출 목표물로 배출시키고, 상기 산소 발생기를 작동시킴과 동시에 상기 저장 탱크의 배출구를 개방함으로써 물과 발생된 산소를 혼합/용해하여 산소수를 생성하며, 이 생성된 산소수를 상기 보조 탱크로 유입시키는 과정과, 상기 배출 목표물의 위치 이탈을 감지하는 과정과, 상기 위치 이탈이 감지될 때, 상기 보조 탱크의 배출구를 폐쇄하는 과정과, 상기 보조 탱크에 유입되는 산소수의 양을 감지하는 과정과, 상기 감지된 산소수 양이 기 설정된 목표 저수량에 도달할 때, 상기 산소 발생기의 작동을 정지시킴과 동시에 상기 저장 탱크의 배출구를 폐쇄하는 과정을 포함하는 산소수 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 핵심 기술요지는, 물 전기분해 방식이나 혹은 저장 탱크의 모든 물을 산소로 포화시키는 방식으로 산소수를 생성하는 전술한 종래 방법과는 달리, 산소 미립자 발생기와 나선형 배관 구조의 용해조를 이용하며, 물과의 혼합을 위한 산소를 발생하는 산소 발생기의 작동을 사용자 선택적으로 실현함으로써, 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 제조할 수 있도록 한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.

잘 알려진 바와 같이, 기체 상태의 산소 부분압은 다음의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.

상기의 수학식 1에서, Y_A는 산소의 기체 몰분율(공기일 때 0.21이고, 순수 산소일 때 1)을 의미하고, P는 전체 압력을 의미한다.

또한, 액체 상태의 산소 부분압은 다음의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.

상기한 수학식 2에서, X_A는 용존 산소의 몰분율을 의미하고, H_A는 산소의 헨리상수를 의미한다. 여기에서, 산소의 헨리상수는, 도 4의 표 1에 도시된 바와 같이, 온도에 의존(즉, 온도에 따라 증가)함을 알 수 있다.

따라서, 평형에서 기체 상태의 산소 부분압과 액체 상태의 산소 부분압이 같으므로, 다음의 수학식 3의 조건으로 되며, 그 결과 용존 산소의 몰분율 X_A는 다음의 수학식 4와 같이 구할 수 있다.

따라서, 고농도의 산소수를 제조하고자 할 경우, 상기한 수학식 4에서 보여 주는 바와 같이, 용존 산소 몰분율 X_A값을 증가시켜 주어야 하는데, 이러한 방법으로는 다음의 세가지 방안이 있다.

첫째, Y_A, 즉 기체 중의 산소량을 증가시킨다.

둘째, P, 즉 전체 압력을 증가시킨다.

셋째, H_A, 즉 산소의 헨리상수 값을 감소시킨다.

이때, 산소의 헨리상수 H_A값은, 도 4의 표 3에 도시된 바와 같이, 온도에 따라 증가하므로, 용존 산소 몰분율을 증가시키려면 상대적으로 낮은 온도로 유지하는 것이 바람직하다.

예컨대, 본 발명에서는 일반적인 물보다 낮은 대략 0 내지 10℃의 온도 조건에서 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 제조한다.

본 발명의 발명자들은 온도에 따라 해수 및 육수에 함유하는 용존 산소량을 검사였으며, 그 검사 결과를 도 5에서 표 2로부터 도시하였다. 도 5의 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 온도가 낮을수록 해수 및 육수 모두에서 용존 산소량이 증가함을 알 수 있으며, 특히 0℃ 부근에서 용존 산소량이 가장 높음을 알 수 있다.

한편, 전체 압력을 높여주는 증가시켜 줌으로써, 용존 산소 몰분율을 높여줄 수 있으나, 이를 위한 가압 장치를 추가로 설치할 경우 시설비가 너무 과다하게 발생하게 되므로, 대기압 하에서의 조건인 1atn으로 하는 것이 바람직하다.

따라서, 고농도 산소수, 즉 높은 용존 산소 몰분율 값을 가지게 하려면, 산 소 기체 몰분율인 Y_A값을 크게 해 주는 것이 가장 바람직하다고 볼 수 있다. 즉, 높은 농도의 산소 기체를 사용하여 낮은 물 온도 조건에서 용해시키는 방식으로 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 생성하는 것이 바람직하며, 이를 위하여 본 발명에서는 아래에서 기술되어지는 바와 같이 높은 농도의 산소 기체를 발생시키는 산소 발생기를 이용한다.

예컨대, 일반 공기에서의 산소 기체 농도가 20.9％ 정도임을 감안할 때, 산소 발생기를 통해 발생하는 산소 기체의 농도는, 일반 공기보다 높은, 대략 21 내지 100％ 정도로 하는 것이 바람직할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 산소수 제조 장치의 구성도로서, 크게 구분해 구분해 볼 때, 저장 탱크(102), 산소 발생기(104), 제 1 솔레노이드 밸브(108), 미립자 발생기(110), 혼합조(112), 용존 산소 센서(112a), 용해조(114), 보조 탱크(116) 및 제 2 솔레노이드 밸브(120)를 포함한다.

도 1을 참조하면, 저장 탱크(102)는 물 유입관(102a)을 통해 외부로부터 유입되는 물(예컨대, 정수된 물)을 저장하는 것으로 중간의 소정 위치에 제1솔레노이드 밸브(108)가 장착된 물 공급관(106a)을 통해 혼합조(112)로 산소수의 생성에 필요한 물을 공급한다. 여기에서, 제1솔레노이드 밸브(108)는 후술하는 도 2에 도시된 제 1 솔레노이드 밸브 구동 블록(206)으로부터 제공되는 구동신호(S1)에 응답하여 개폐 동작을 수행하는 것으로, 개방 상태일 때 혼합조(112)측으로 물을 공급하고, 폐쇄 상태일 때 혼합조(112)측으로의 물 공급을 차단한다. 즉, 제 1 솔레노이 드 밸브(108)는, 도 2의 제 1 솔레노이드 밸브(206)로부터의 구동신호(S1)에 의거하여, 저장 탱크(102)에서의 물 배출을 통제하는 수단으로서 기능한다. 이러한 제 1 솔레노이드 밸브(108)는, 예를 들면 대한민국 공개특허공보 제2005-28369호에 개시된 솔레노이드 밸브 구조체를 변형 적용하거나 혹은 응용함으로써 쉽게 구현할 수 있다.

다음에, 산소 발생기(104)는, 예를 들면 가압 펌프나 혹은 컴프레셔 등을 포함하는 것으로, 대기로부터 멤브레인을 통과한 농축된 산소를 생성하여 소정 위치에 미립자 발생기(110)가 장착된 산소 공급관(106b)을 통해 혼합조(112)로 산소수의 생성에 필요한 산소, 즉 미립자형 산소를 공급한다. 이러한 산소 발생기(104)는 후술하는 도 2에 도시된 제어 블록(204)으로부터 제공되는 작동 제어신호(S2)에 응답하여 작동/정지/강약 조절 등의 선택 기능이 제어된다. 즉, 산소 발생기(104)는 제어 블록(204)으로부터의 제어에 따라 산소를 발생시키거나, 작동을 중지하거나 혹은 발생되는 산소량을 조절하는 등의 기능을 수행하게 된다.

여기에서, 미립자 발생기(110)는, 예를 들면 아주 미세한 크기의 구멍들이 촘촘하게 형성된 판 형상의 구조를 갖는데, 이와 같이 미립자 발생기(110)를 통해 산소를 미립자형 산소로 변화시켜 주는 것은 산소와 물이 혼합될 때 산소가 물에 보다 빠르게 용해되도록 하기 위해서이다.

즉, 본 발명에 따르면, 저장 탱크(102)로부터 배출되어 제 1 솔레노이드 밸브(108)를 경유하는 물 공급관(106a)을 통해 공급되는 물과 산소 발생기(104)에서 발생되어 미립자 발생기(110)를 경유하는 산소 공급관(106b)을 통해 공급되는 미립 자형 산소는 하나의 관으로 연결되어 혼합되면서 혼합조(112)로 유입된다. 여기에서, 혼합조(112)는 물과 미립자형 산소를 혼합시켜 주는 기능을 하는 것으로, 이와 같이 혼합된 산소수는 미립자형 산소가 적절하게 용해될 수 있도록 나선형 배관 구조를 갖는 용해조(114)로 유입된다.

또한, 혼합조(112) 내부에는 용존 산소 센서(112a)가 장착되어 있는데, 이러한 용존 산소 센서(112a)는 산소수에서의 산소 농도를 검출하기 위한 것으로, 여기에서 검출된 용존 산소 검출신호, 즉 검출된 전류신호는 도 2의 제어 블록(204)으로 전달된다. 이러한 용존 산소 검출신호는 산소 발생기(104)에서의 산소 발생량을 조절하기 위한 기준값으로 이용되는데, 구체적인 과정에 대해서는 후술하는 도 2의 설명에서 기술되어질 것이다.

한편, 용해조(114)는, 나선형 배관 구조를 통해 목표로 하는 용존 산소량을 갖는 산소수를 생성하는 것으로, 그 배관 길이는 물에 혼합된 미립자형 산소가 적절하게 용해되는 시간, 즉 목표로 하는 용존 산소량을 갖는 산소수 생성 시간을 고려하여 결정한다. 즉, 본 발명에서는 나선형 배관 구조를 통해 산소가 물에 용해되는 시간을 적절하게 조절하여 줌으로써 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 생성하며, 이와 같이 생성된 산소수는 보조 탱크(116)로 유입된다.

다음에, 보조 탱크(116)는 혼합조(112)와 용해조(114)를 통해 생성된 산소수를 일시적으로 저장하는 것으로, 그 크기는 통상적으로 사용되는 적정한 크기의 물컵에 들어갈 수 있는 정도의 물을 저수할 수 있는 정도가 바람직하다. 이때, 본 발명에서 생성된 산소수를 일시적으로 저장하는 보조 탱크(116)를 설치한 이유는 누 군가가 산소수를 마시고자 하여 산소수 제조 장치를 작동시킬 때(예컨대, 물컵(배출 목표물)을 산소수 배출구 측에 근접시킬 때), 배관과 용해조 등을 경유하는 경과 시간(지체 시간) 없이 바로 원하는 산소수를 제공받을 수 있도록 하기 위해서이다.

즉, 누군가가 산소수 배출구 측에 물컵을 갖다대면 도 2에 도시된 제 2 솔레노이드 밸브 구동 블록(208)으로부터의 구동신호(S3)에 따라 제 2 솔레노이드 밸브(120)가 개방됨으로써, 보조 탱크(116)에 저장되어 있던 이전에 생성된 산소수가 배출관(118)을 통해 배출되어 물컵으로 떨어지며, 이와 동시에 도 2의 제어 블록(204) 및 제 1 솔레노이드 밸브 구동 블록(206)으로부터 각각 제공되는 구동신호(S1) 및 작동 제어신호(S2)에 따라 제 1 솔레노이드 밸브(108)가 개방됨과 동시에 산소 발생기(104)가 작동됨으로써 혼합조(112) 및 용해조(114)를 통해 새로운 산소수가 생성되어 보조 탱크(116)로 유입된다.

도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 산소수 제조 장치를 이용하여 산소수의 제조 및 배출을 제어하는 시스템의 블록구성도로서, 근접 감지 센서(202), 제어 블록(204), 제 1 솔레노이드 밸브 구동 블록(206) 및 제 2 솔레노이드 구동 블록(208)을 포함한다.

도 2를 참조하면, 근접 감지 센서(202)는 생성된 산소수 배출하는 배출구 측의 소정 위치에 장착되는 것으로, 배출 목표물(예컨대, 물컵)이 소정 위치(즉, 배출되는 산소수를 받을 수 있는 위치)에 근접하는 지를 감지하거나 혹은 배출 위치에 있던 배출 목표물이 해당 위치로부터 이탈하는 것을 감지하기 위한 것으로, 여 기에서 감지되는 근접 감지신호 또는 이탈 감지신호는 제어 블록(204)으로 전달된다. 이러한 근접 감지 센서(202)는, 예를 들면 수/발광 소자, 적외선 근접 센서 등을 이용하여 구현할 수 있다.

이때, 본 실시 예에서는 배출 목표물이 산소수 배출 위치에 근접(혹은 배출 위치로부터 이탈)하는 것을 감지하는 수단으로서 근접 감지 센서를 예시적으로 제시하고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 정수기, 이온수기, 냉/온수기 등에서 사용되고 있는 사용자 조작 버튼(예컨대, 물컵을 산소수 배출 위치에 갖다대면서 밀거나 혹은 누르는 조작 버튼 등) 등을 사용할 수 있음은 물론이다.

다음에, 제어 블록(204)은, 예를 들면 산소수 제조 장치에서의 전반적인 전자적 동작 제어를 수행하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것으로, 근접 감지 센서(202)로부터 배출 목표물(예컨대, 물컵 등)의 근접 감지 신호가 제공될 때, 그에 상응하는 각종 제어신호, 즉 도 1에 도시된 산소 발생기(104)를 작동시키기 위한 작동 제어신호(S2)를 발생하여 산소 발생기(104)로 제공하고, 제 1 솔레노이드 밸브(108) 및 제 2 솔레노이드 밸브(120)를 작동(개방)시키기 위한 제어신호를 각각 발생하여 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브 구동 블록(206, 208)으로 각각 제공한다.

또한, 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브 구동 블록(206, 208)은, 제어 블록(204)으로부터 각각 제공되는 제어신호에 응답하여, 솔레노이드 밸브를 개방 작동시키기 위한 전류신호, 구동신호(S1, S3)를 각각 발생하여 도 1의 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(108, 120)로 각각 제공한다.

그 결과, 도 1에 도시된 제 1 및 제 솔레노이드 밸브(108, 120)가 각각 개방되고 이와 동시에 산소 발생기(104)가 작동함으로서, 산소수 제조 장치에서는 생성된 산소수의 배출 및 새로운 산소수의 생성 과정이 수행된다.

또한, 제어 블록(204)은, 근접 감지 센서(202)로부터 배출 목표물(예컨대, 물컵 등)의 이탈 감지 신호가 제공될 때, 제 2 솔레노이드 밸브(120)를 폐쇄시키기 위한 제어신호를 발생하여 제 2 솔레노이드 밸브 구동 블록(208)으로 제공하고, 이에 응답하여 제 2 솔레노이드 밸브 구동 블록(208)에서 제 2 솔레노이드 밸브(120)를 폐쇄시키기 위한 구동신호(예컨대, 전류신호 차단)(S3)를 발생하여 도 1의 제 2 솔레노이드 밸브(120)로 제공함으로써, 제 2 솔레노이드 밸브(120)가 배출관(118)을 통한 산소수 배출을 차단한다.

아울러, 제어 블록(202)은 제 2 솔레노이드 밸브(120)의 폐쇄 제어와 동시에 그 경과 시간을 카운트하며, 카운트 시간이 기 설정된 기준 시간에 도달하는 지의 여부를 체크하며, 체크 결과 카운트 시간이 기 설정된 기준 시간에 도달할 때, 제 1 솔레노이드 밸브(108)의 폐쇄를 위한 구동신호(S1)와 산소 발생기(104)의 작동 정지를 위한 제어신호(S2)가 각각 발생되도록 제어한다.

여기에서, 기 설정된 기준 시간은 혼합조(112)와 용해조(114)를 통해 생성된 산소수가 보조 탱크(116)에 적당량 채워질 수 있는 시간을 의미하며, 그 시간은 산소가 혼합된 물이 용해조(114)를 지나가는 속도와 배관 구조의 길이를 고려하여 적절하게 설정할 수 있다.

그 결과, 제 1 솔레노이드 밸브(108)가 물 공급관(106a)을 통한 물의 공급을 차단하고, 산소 발생기(104)의 작동을 정지함으로써, 산소수의 생성이 중단된다.

즉, 본 발명의 산소수 제조 장치에서는 배출 목표물이 산소수의 배출 위치에 근접할 때 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(108, 120)를 개방하고 이와 동시에 산소 발생기(104)를 작동시킴으로써, 이전에 생성된 산소수를 배출함과 동시에 새로운 산소수를 생성하여 보조 탱크(116)에 저장하고, 배출 목표물이 배출 위치로부터 이탈할 때 제 2 솔레노이드 밸브(120)를 폐쇄하고 일정 시간(즉, 보조 탱크(116)에 산소수가 적당량 채워지는 시간)이 경과한 후에 제 1 솔레노이드 밸브(108)를 폐쇄함과 동시에 산소 발생기(104)의 작동을 정지시킨다.

한편, 제어 블록(204)은, 본 발명에 따라 혼합조(112)와 용해조(114)를 통해 적정량의 용존 산소량을 갖는 산소수를 생성할 때 혼합조(112) 내부에 장착된 용존 산소 센서(112a)로부터 용존 산소 검출신호(전류신호)를 제공받는데, 이와 같이 용존 산소 검출신호에 대응하는 전류신호가 입력되면 이를 용존 산소 농도에 대응하는 전압신호로 변환하고, 이 변환된 전압신호가 기 설정된 기준전압 범위(즉, 상한값과 하한값이 설정된 기준 용존 산소 농도 범위에 대응하는 기준전압 범위) 이하로 떨어지는 지의 여부를 체크한다. 이와 같이 혼합조(112)에서 검출한 용존 산소가 기 설정된 기준 용존 산소 농도 범위 이하로 떨어지는 지를 체크하는 것은 산소수가 생성되는 동안 지속적 혹은 간헐적으로 수행된다.

이와 같이 용존 산소량을 체크하는 과정에서, 혼합조(112)에서 검출한 용존 산소가 기 설정된 기준 용존 산소 농도 범위 이하인 것으로 판단되면, 제어 블록(204)에서는 물에 함유된 용존 산소가 증가될 수 있도록 산소 발생기(104)에 산소 발생 증가를 위한 제어신호를 발생하여 제공하며, 그 결과 산소 발생기(104)에서는 산소 발생량을 증가시키게 된다. 즉, 본 발명에서는 이러한 일련의 적응적인 산소 발생 제어를 통해 물에 함유된 용존 산소량이 기 설정된 기준량 이하로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명의 산소수 제조 장치에 따르면, 나선형 배관 구조를 갖는 혼합기를 이용하는 간소화된 구조를 통해 목표로 하는 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 간단하고 손쉽게 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 산소수 제조 장치는, 산소수가 필요할 때에만 산소 발생기를 선택적으로 작동시키기 때문에 산소수 제조 장치에서 소비되는 에너지의 소모량을 절감할 수 있으며, 산소 발생기를 필요할 때에만 선택적으로 작동시킴으로써 산소 발생기의 작동에 기인하는 소음의 억제 효과 또한 얻을 수 있다.

더욱이, 본 발명은, 물과 산소를 혼합한 상태에서 용존 산소를 검출하고, 검출된 용존 산소가 기 설정된 기준 용존 산소 농도를 유지하도록 산소 발생량을 조절함으로써, 목표로 하는 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 제조할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 배출 목표물이 배출 위치로부터 이탈할 때 먼저 제 2 솔레노이드 밸브를 폐쇄하고, 그 이후 경과 시간을 카운트하여 경과 시간이 기 설정된 기준 시간(혼합조 및 용해조를 통해 생성된 산소수가 보조 탱크에 기 설정된 양만큼 채워지는 시간)에 도달할 때, 제 1 솔레노이드 밸브를 폐쇄함과 동시에 산소 발생기의 작동을 정지시키는 것으로 하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이와는 달리, 보조 탱크에 산소수의 저수량을 감지할 수 있는 저수량 감지 센서를 장착해 두고, 이 저수량 감지 센서로부터 기 설정된 목표 저수량 감지신호가 제공될 때, 제 1 솔레노이드 밸브를 폐쇄함과 동시에 산소 발생기의 작동을 정지시키도록 구성할 수도 있으며, 이와 같이 구성하더라도 동일한 결과(효과)를 얻을 수 있음은 물론이다.

다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 산소수 제조 장치를 이용하여 산소수를 제조하는 과정에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 산소수를 제조하는 과정을 도시한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 산소수 제조 장치가 대기 모드를 제어 블록(204)에서는 배출 목표물(예컨대, 물컵 등)이 산소수의 배출 위치(배출구 측의 소정 위치)에 근접했는지의 여부를 나타내는 근접 감지신호가 근접 감지 센서(202)로부터 제공되는 지의 여부를 체크한다(단계 302, 304).

상기 단계(304)에서의 체크 결과, 배출 목표물이 배출 위치에 근접한 것으로 판단되면, 제어 블록(204)에서는 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(108, 120)를 개방시키고 산소 발생기(104)를 작동시키기 위한 제어신호(또는 구동신호)를 각각 발생하여 각각의 구성부재로 제공한다.

그 결과, 제 2 솔레노이드 밸브(120)가 개방됨으로써 보조 탱크(116)에 저장되어 있던 산소수가 배출관(118)을 통해 배출되어 도시 생략된 배출 목표물(예컨대, 물컵 등)로 떨어지게 되고, 이와 동시에 제 1 솔레노이드 밸브(108)가 개방되고 산소 발생기(104)가 작동됨으로써, 저장 탱크(102)로부터 물 공급관(106a)을 통 해 공급되는 물과 산소 발생기(104)에서 발생하여 미립자 발생기(110)를 통해 미립자형으로 변환된 미립자형 산소가 혼합조(112)를 통해 혼합되어 나선형 배관 구조의 용해조(114)를 통해 물에 충분히 용해됨으로써 최대의 용존 산소량을 갖는 산소수가 생성되며, 이와 같이 생성된 산소수는 보조 탱크(116)로 유입된다(단계 306, 308).

여기에서, 비록 도 3에서의 도시는 생략하였으나, 본 발명에 따르면, 산소수를 생성할 때 혼합조(112) 내부에 있는 용존 산소 센서(112a)를 통해 혼합조(112)에 담수된 물의 용존 산소를 검출하고, 이 검출된 용존 산소가 기 설정된 기준 용존 산소 농도 범위 이하로 떨어지는 지의 여부를 체크하며, 검출된 용존 산소가 기 설정된 기준 용존 산소 농도 범위 이하로 떨어질 때 산소 발생기(104)를 통해 발생하는 산소량을 적응적으로 조절(증가)함으로써, 혼합조(112)에 담수된 물의 용존 산소량이 목표로 하는 고농도를 유지하도록 제어한다.

즉, 본 발명에서는, 혼합조(112)에 담수물 물의 용존 산소량을 검출하여 그 양이 기 설정된 기준 용존 산소 농도 범위 이하로 될 때, 물에 함유된 용존 산소가 증가될 수 있도록 산소 발생기(104)에서의 산소 발생량을 증가시켜 주는 적응적인 제어를 통해 목표로 하는 적정량의 용존 산소량을 갖는 산소수를 생성할 수 있다.

상기와 같은 일련의 적응적인 제어 과정을 통해 생성된 산소수가 배출관(118)을 통해 배출되고 이와 동시에 혼합조(112) 및 용해조(114)를 통해 새로운 산소수가 생성되는 과정 중에 제어 블록(204)에서는 근접 감지 센서(202)로부터 이탈 감지신호(즉, 배출 목표물이 배출 위치로부터 이탈하는 것을 감지한 신호)가 제공 되는 지의 여부를 체크한다(단계 310).

상기 단계(310)에서의 체크 결과, 이탈 감지신호가 제공되면, 제어 블록(204)에서는 제 2 솔레노이드 밸브(120)를 폐쇄시키기 위한 구동신호의 발생하여 제 2 솔레노이드 밸브(120)로 제공하며, 그 결과 제 2 솔레노이드 밸브(120)가 폐쇄(즉, 산소수 배출의 차단)됨으로써, 보조 탱크(116)로부터의 산소수 배출이 정지된다(단계 312).

이후, 제어 블록(204)에서는 경과 시간(즉, 제 2 솔레노이드 밸브(120)를 폐쇄한 이후부터의 경과 시간)(t)을 카운트하고, 이 카운트한 경과 시간(t)이 기 설정된 기준 시간(n)에 도달하는 지의 여부를 체크한다(단계 314). 여기에서, 기준 시간이라 함은 혼합조(112)와 용해조(114)를 통해 생성된 산소수가 보조 탱크(116)에 기 설정된 양만큼 채워지는 시간을 의미하며, 이러한 기준 시간은 산소가 혼합된 물이 용해조(114)를 지나가는 속도와 배관 구조의 길이를 고려하여 적절하게 설정할 수 있다.

상기 단계(314)에서의 체크 결과, 경과 시간(t)이 기 설정된 기준 시간(n)에 도달한 것으로 판단되면, 제어 블록(204)에서는 그에 상응하는 제어 동작을 통해 제 1 솔레노이드 밸브(108)를 폐쇄시킴과 동시에 산소 발생기(104)의 작동을 정지시킨다(단계 316). 그 결과, 물 공급관(106a)을 통해 혼합조(112)로 공급되는 물의 공급이 차단되고, 산소 발생기(104)를 통한 산소 발생이 차단됨으로써, 산소수의 생성이 중단된다.

따라서, 본 발명의 산소수 제조 방법에 따르면, 나선형 배관 구조를 갖는 용 해조를 이용하는 간소화된 구조를 통해 주어진 온도에서 최대의 용존 산소량을 갖는 산소수를 간단하고 손쉽게 제조할 수 있으며, 또한 산소수가 필요할 때에만 산소 발생기를 선택적으로 작동시키기 때문에 산소수 제조 장치에서 소비되는 에너지의 소모량을 절감할 수 있고, 필요할 때에만 산소 발생기를 선택적으로 작동시킴으로써 산소 발생기의 작동에 기인하는 소음 발생을 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 제 2 솔레노이드 밸브를 폐쇄한 후 경과 시간을 카운트하여 경과 시간이 기 설정된 기준 시간(혼합조 및 용해조를 통해 생성된 산소수가 보조 탱크에 기 설정된 양만큼 채워지는 시간)에 도달할 때, 제 1 솔레노이드 밸브를 폐쇄함과 동시에 산소 발생기의 작동을 정지시키는 것으로 하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이와는 달리, 보조 탱크에 산소수의 저수량을 감지할 수 있는 저수량 감지 센서를 장착해 두고, 이 저수량 감지 센서로부터 기 설정된 목표 저수량 감지신호가 제공될 때, 제 1 솔레노이드 밸브를 폐쇄함과 동시에 산소 발생기의 작동을 정지시키도록 구성할 수도 있으며, 이와 같이 구성하더라도 동일한 결과(효과)를 얻을 수 있음은 물론이다.

이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 기재하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 물 전기분해 방식이나 혹은 저장 탱크의 모든 물을 산소로 포화시키는 방식으로 산소수를 생성하는 전술한 종래 방법과는 달리, 산소 미립자 발생기와 나선형 배관 구조의 용해조를 이용하며, 물과의 혼합을 위한 산소를 발생하는 산소 발생기의 작동을 사용자 선택적으로 실현함으로써, 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 간단하고 손쉽게 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 산소수가 필요할 때에만 산소 발생기를 선택적으로 작동시키기 때문에 산소수 제조 장치에서 소비되는 에너지의 소모량을 절감할 수 있으며, 필요할 때에만 산소 발생기를 선택적으로 작동시킴으로써 산소 발생기의 작동에 기인하는 소음 발생을 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (16)

1. 물과 산소를 혼합하여 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 제조하는 장치로서,

   외부로부터 유입된 물을 저장하는 저장 탱크와,

   상기 저장 탱크에 저장된 물의 배출을 통제하는 수단과,

   산소를 발생하는 산소 발생기와,

   상기 발생된 산소를 미립자 산소로 변화시키는 미립자 발생기와,

   상기 배출된 물과 발생된 미립자 산소를 혼합하는 혼합 수단과,

   임의의 길이를 갖는 나선형 배관 구조를 통해 상기 배출된 물에 혼합된 산소를 용해시켜 상기 산소수를 생성하는 용해 수단과,

   상기 생성된 산소수를 임시 저장하는 보조 탱크와,

   상기 보조 탱크에 저장된 상기 산소수의 배출을 통제하는 수단

   을 포함하는 산소수 제조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 물 배출 통제 수단은, 외부 구동신호에 응답하여 개폐되는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 산소수 제조 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 산소수 배출 통제 수단은, 외부 구동신호에 응답하여 개폐되는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 산소수 제조 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 산소 발생기는, 상기 물 배출 통제 수단이 개방될 때에만 선택적으로 작동하여 상기 산소를 발생하는 것을 특징으로 하는 산소수 제조 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 장치는,

   상기 보조 탱크에 저장된 산소수의 외부 배출 위치에 배출 목표물이 근접하는 지를 감지하는 수단과,

   상기 감지 수단으로부터의 감지 결과에 의거하여, 상기 물 배출 수단, 산소수 배출 수단 및 산소 발생기의 작동을 선택적으로 제어하는 수단

   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소수 제조 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제어 수단은, 상기 배출 목표물이 상기 배출 위치로부터 이탈할 때, 상기 산소수 배출 수단을 폐쇄하고, 상기 보조 탱크에 산소수가 기 설정된 양만큼 채워지는 시간이 경과한 후에 상기 물 배출 수단을 폐쇄함과 동시에 상기 산소 발생기의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 산소수 제조 장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 장치는 상기 보조 탱크에 유입되는 산소수의 목표 저수량을 감지하는 수단을 더 포함하고,

   상기 제어 수단은, 배출 목표물이 상기 배출 위치로부터 이탈할 때, 상기 산소수 배출 수단을 폐쇄하고, 상기 저수량 감지 수단으로부터 목표 저수량 감지신호가 제공될 때 상기 물 배출 수단을 폐쇄함과 동시에 상기 산소 발생기의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 산소수 제조 장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 장치는 상기 혼합 수단에 담수된 물의 용존 산소를 검출하는 수단을 더 포함하고,

   상기 제어 수단은 상기 검출된 용존 산소가 기 설정된 기준 용존 산소 농도 범위 이하로 될 때 상기 산소 발생기에서의 산소 발생량이 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 산소수 제조 장치.
9. 저장 탱크에 저장된 물과 산소 발생기에서 발생한 산소를 혼합하여 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 제조하는 방법으로서,

   상기 산소수의 배출 목표물이 감지되는 지를 체크하는 과정과,

   상기 배출 목표물이 감지될 때, 이전에 생성된 산소수를 저장하고 있는 보조 탱크의 배출구를 개방하여 저장된 산소수를 상기 배출 목표물로 배출시키고, 상기 산소 발생기를 작동시킴과 동시에 상기 저장 탱크의 배출구를 개방함으로써 물과 발생된 산소를 혼합/용해하여 산소수를 생성하며, 이 생성된 산소수를 상기 보조 탱크로 유입시키는 과정과,

   상기 배출 목표물의 위치 이탈을 감지하는 과정과,

   상기 위치 이탈이 감지될 때, 상기 보조 탱크의 배출구를 폐쇄하는 과정과,

   상기 보조 탱크 폐쇄 이후의 경과 시간을 체크하여 기 설정된 기준 시간이 되었는지를 체크하는 과정과,

   상기 경과 시간이 상기 기 설정된 기준 시간이 될 때, 상기 산소 발생기의 작동을 정지시킴과 동시에 상기 저장 탱크의 배출구를 폐쇄하는 과정

   을 포함하는 산소수 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 물과 발생된 산소의 용해는, 임의의 길이를 갖는 나선형 배관 구조의 용해조를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 산소수 제조 방법.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

    상기 저장 탱크의 배출구 및 상기 보조 탱크의 배출구의 폐쇄는, 각각의 솔레노이드 밸브를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 산소수 제조 방법.
12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

    상기 방법은,

    상기 생성된 산소수의 용존 산소를 검출하는 과정과,

    상기 검출된 용존 산소가 기 설정된 기준 용존 산소 농도 범위 이하로 되는지를 체크하는 과정과,

    상기 기준 용존 산소 농도 범위 이하로 될 때, 상기 산소 발생기에서의 산소 발생량을 증가시키는 과정

    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소수 제조 방법.
13. 저장 탱크에 저장된 물과 산소 발생기에서 발생한 산소를 혼합하여 고농도의 용존 산소량을 갖는 산소수를 제조하는 방법으로서,

    상기 산소수의 배출 목표물이 감지되는 지를 체크하는 과정과,

    상기 배출 목표물이 감지될 때, 이전에 생성된 산소수를 저장하고 있는 보조 탱크의 배출구를 개방하여 저장된 산소수를 상기 배출 목표물로 배출시키고, 상기 산소 발생기를 작동시킴과 동시에 상기 저장 탱크의 배출구를 개방함으로써 물과 발생된 산소를 혼합/용해하여 산소수를 생성하며, 이 생성된 산소수를 상기 보조 탱크로 유입시키는 과정과,

    상기 배출 목표물의 위치 이탈을 감지하는 과정과,

    상기 위치 이탈이 감지될 때, 상기 보조 탱크의 배출구를 폐쇄하는 과정과,

    상기 보조 탱크에 유입되는 산소수의 양을 감지하는 과정과,

    상기 감지된 산소수 양이 기 설정된 목표 저수량에 도달할 때, 상기 산소 발생기의 작동을 정지시킴과 동시에 상기 저장 탱크의 배출구를 폐쇄하는 과정

    을 포함하는 산소수 제조 방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 물과 발생된 산소의 용해는, 임의의 길이를 갖는 나선형 배관 구조의 용해조를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 산소수 제조 방법.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

    상기 저장 탱크의 배출구 및 상기 보조 탱크의 배출구의 폐쇄는, 각각의 솔레노이드 밸브를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 산소수 제조 방법.
16. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

    상기 방법은,

    상기 생성된 산소수의 용존 산소를 검출하는 과정과,

    상기 검출된 용존 산소가 기 설정된 기준 용존 산소 농도 범위 이하로 되는지를 체크하는 과정과,

    상기 기준 용존 산소 농도 범위 이하로 될 때, 상기 산소 발생기에서의 산소 발생량을 증가시키는 과정

    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소수 제조 방법.

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