KR20160035155A - 순환 압축 시스템에 의하여 탄산수가 제조되는 음용 탄산수 제조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉장고 등의 정수라인에 설치되어 탄산가스와 물의 접촉에 의하여 탄산수를 제조하는 음용 탄산수 제조기에 관한 것으로, 정수된 물과 탄산가스가 공급되어 저장탱크에서 탄산수를 제조할 때 저장탱크의 물과 탄산가스를 흡입하여 재공급하는 순환라인을 형성하고, 그 순환라인에 순환압축펌프와 오리피스를 장착함으로써 순환라인으로 흡입된 물과 탄산가스가 저장탱크보다 상대적으로 높은 압력으로 오리피스를 통과하면서 이산화탄소가 물에 용해되도록 한 후 저장탱크로 재공급되도록 하며, 이러한 압축 작용을 반복적으로 수행토록 함으로써 탄산가스와 물이 순환 압축 시스템에 의하여 여러 번 반복적으로 재압축이 이루어지도록 하여 탄산가스의 용해 효율을 높임은 물론, 탄산수 제조시간을 현저하게 단축할 수 있도록 한 것이다.

Description

순환 압축 시스템에 의하여 탄산수가 제조되는 음용 탄산수 제조기{Apparatus for Producing Carbonated Water}

본 발명은 냉장고 등의 정수라인에 설치되어 탄산가스와 물의 접촉에 의하여 탄산수를 제조하는 음용 탄산수 제조기에 관한 것으로, 특히 탄산가스가 물에 용해되는 구조를 순환 압축 시스템에 의하여 반복적으로 이루어지도록 하여 탄산수를 짧은 시간에 제조할 수 있도록 한 것이다.

탄산수는 탄산가스가 함유된 물을 지칭하는 것으로, 마실 때 특유의 청량감이 있고, 또한 탄산수 속에 든 이산화탄소가 입안의 점막을 자극해서 침을 발생시키면서 위와 장의 연동운동을 도와 소화 촉진 작용을 하며, 장이 팽창되도록 만들어 장운동을 도와 변비나 다이어트 효과를 얻을 수 있는 등 여러 가지 장점으로 인하여 점차 탄산수를 음용하는 사용자가 확산되고 있다.

특히, 최근에는 가정에서 직접 탄산수를 제조하여 먹을 수 있도록 음용 탄산수 제조기를 냉장고 등의 정수라인에 설치하여 디스펜서를 이용하여 바로 토출하여 음용할 수 있도록 한 것이 제안되었다.

이러한 탄산수 제조장치는, 원수(정수필터를 거쳐서 정수가 이루어진 물)가 공급되는 정수라인 상에 저장탱크를 장착하고, 탄산가스를 저장하는 가스통을 구비하여 가스통을 저장탱크와 가스주입라인으로 연결함으로써 원수가 저장탱크에 담겨진 상태에서 가스통의 탄산가스를 가스주입라인을 통하여 주입하여 탄산수를 제조하게 된다.

이때, 가스주입라인의 말단을 저장탱크에 담겨진 물에 침지되도록 하여 이산화탄소와 물의 접촉면적을 늘려 이산화탄소가 물에 잘 흡수되도록 하고, 흡수되지 않은 이산화탄소는 저장탱크 내에 잔류하면서 시간이 지남에 따라 물에 용해되면서 탄산수의 농도가 높아지게 되는 것이다.

즉, 종래의 탄산수 제조장치는 도 1에 도시된 바와 같이 저장탱크(100)에 원수가 공급되는 정수원(200)을 연결하고 원수를 공급하는 원수라인(20)에 개폐밸브를 장착하여 원수 유입을 제어하도록 하며, 탄산가스가 저장된 가스통(300)이 저장탱크(100)와 가스주입라인(30)으로 연결되도록 하여 저장탱크로 탄산가스 주입이 이루어지며, 저장탱크(100)는 디스펜서(D) 방향으로 배출라인(50)을 형성하여 탄산수를 배출시키며, 저장탱크(100)에는 배기수단(60)을 장착하여 잔여 탄산가스를 배출하는 구조로 이루어진다.

이러한 탄산수 제조장치의 작동구조를 자세히 설명하면 원수를 저장탱크에 공급하여 물을 채운 후, 이산화탄소를 주입하여 탄산가스를 채우면 저장탱크 내의 압력이 급상승하게 되고, 시간이 지나면서 탄산가스가 원수에 녹아들게 되면서 탄산농도가 높아지게 되면서 탄산수가 제조된다.

이때, 저장탱크 내부에 일시에 높은 압력으로 탄산가스를 주입하면 폭발우려가 있으므로 한번에 많은 양의 탄산가스를 주입할 수 없고, 따라서 고농도 탄산수(강탄산)를 제조하기 위해서는 탄산가스를 주기적으로 주입하여야 하며, 이렇게 탄산가스를 주입하는 인터벌 간격에 따라서 약탄산 또는 강탄산으로 농도조절이 가능하게 되는 것이다.

그리고 이렇게 제조된 탄산수는 디스펜서를 통하여 배출되며, 탄산수가 저수위까지 배출되어 소진되면 배기수단(60)을 오픈하여 잔여 탄산가스가 배출되도록 하면서 정수된 물을 저장탱크로 다시 담수 한 후, 상기의 제조과정을 반복 수행하게 되는 것이다.

하지만, 이러한 음용 탄산수 제조장치의 문제가 탄산가스가 물에 자연적으로 흡수되는 시간을 기다려서 탄산수가 얻어지는 것으로 이산화탄소가 물에 안정적으로 용해되지 못할 뿐만 아니라, 용해시간이 너무 오래 걸린다는 문제가 있는 것이다.

즉, 저장탱크에 제조되어 있던 탄산수가 모두 배출되어 소진된 후에는 오랜 시간(음용 탄산수 제조장치가 내장된 냉장고의 경우 일반적으로 30분 이상)을 기다려야 하기 때문에 즉시 사용이 불가능하며, 따라서 탄산수를 음용하고자 배출하는 도중에 탄산수가 끊겨서 음용이 불가능하게 되거나 또는 기타 다른 용도(음식물의 조리과정에서 잡내를 제거하는 용도나 세안을 하는 용도로도 탄산수가 사용됨)로 급하게 필요한 경우에 사용할 수 없으므로 매우 불편한 것이다.

특히, 고농도의 탄산수를 만들기 위해서는 상술한 바와 같이 탄산가스를 주기적으로 주입하여 탄산수가 제조되므로 제조시간이 더 길어질 우려가 있기 때문에 사용이 더욱 불편한 것이다.

뿐만 아니라, 이렇게 탄산수를 제조하는 방식은 자연 용해 방식이므로 탄산가스의 용해도가 낮기 때문에 물에 흡수되지 못한 잔여 탄산가스가 많이 발생하고, 따라서 필요 이상으로 많은 양의 탄산가스를 주입하여야 하므로 탄산가스 사용량이 많아지게 되는 문제가 있다.

특히, 탄산수를 반복적으로 제조할 경우에 탄산수가 소진된 저장탱크로 원수를 공급하기 위해서는 저장탱크 내부의 압력을 낮춘 상태에서 원수를 공급하여야 하는데, 이 과정에서 탄산수를 제조하고 저장탱크에 남아 있는 잔여 탄산가스를 배기수단을 통하여 모두 공기 중으로 배출시키므로 탄산가스가 낭비되며, 가스통을 자주 교체하여야 하므로 매우 비경제적이다.

따라서 본 발명은 이산화탄소와 물을 이용하여 탄산수를 제조하는 과정에서 이산화탄소의 용해 효율을 높여 동일한 농도 기준의 탄산수 제조에 사용되는 이산화탄소 사용량을 줄여 탄산가스를 절약할 수 있도록 함은 물론, 탄산가스와 물이 순환 압축 시스템에 의하여 여러 번 반복적으로 재압축이 이루어지도록 함으로써 탄산수 제조시간을 현저하게 단축할 수 있도록 한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 탄산수를 저장하기 위한 저장탱크에 공급라인으로 정수원과 가스통을 연결하고 그 공급라인은 각각 정수라인과 가스주입라인으로 분기되어 정수원과 가스통에 각각 연결되도록 하여 저장탱크에 정수된 물과 탄산가스를 공급하여 저장탱크에서 탄산가스가 물에 용해되면서 탄산수 제조가 이루어지도록 하고, 저장탱크에는 물과 탄산가스를 흡입하여 재공급하는 순환라인을 형성하면서 그 순환라인에 순환압축펌프와 오리피스를 장착하여 순환라인으로 흡입된 물과 탄산가스가 저장탱크보다 상대적으로 높은 압력으로 오리피스를 통과하면서 이산화탄소가 물에 용해되도록 한 후 저장탱크로 재공급되도록 하며, 이러한 압축 작용을 반복적으로 수행토록 함으로써 탄산가스의 용해 효율을 높이고 짧은 시간에 탄산수를 제조할 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 순환라인에는 다공블럭을 장착하여 물이 순환라인을 경유하는 과정에서 물 입자의 분산이 이루어지도록 하고, 탄산가스와 접촉되는 물의 표면적을 넓혀 탄산가스 용해효율을 더욱 높이도록 한 것이다.

따라서 본 발명은 탄산가스와 물이 저장탱크에 공급된 이후에 순환 시스템에 의하여 반복적으로 순환시키면서 탄산가스가 높은 압력에 의하여 원수에 강제로 용해될 수 있도록 재압축을 가함으로써 탄산수의 제조시간을 매우 단축할 수 있고, 이에 따라 저장탱크에 저장되어 있는 탄산수를 모두 소진한 후에 탄산수를 재사용하기 까지 기다리는 시간을 최소화하여 사용상 불편함을 해소할 수 있게 된다.

또한, 고농도의 탄산수(강탄산)를 제조할 경우에도 반복적으로 펌핑해서 압축하기 때문에 탄산수 제조시간의 단축이 가능하며, 농도에 관계없이 짧은 시간에 제조된 탄산수를 간편하게 사용할 수 있는 것이다.

또한, 탄산가스와 물이 공급되는 과정에서 1차적으로 탄산가스가 물에 용해된 후 공급되므로 탄산수 제조시간을 더욱 단축할 수 있고, 다공블럭에 의하여 물 입자의 표면적을 높여 용해효율을 높임으로써 순환라인에 의하여 순환, 재압축되는 과정에서 거의 대부분의 탄산가스가 원수에 녹아들게 되기 때문에 잔여 탄산가스가 거의 없어 탄산가스 손실이 매우 적어 가스통 교체비용의 절감은 물론, 자원낭비를 줄일 수 있게 되는 것이다.

도 1은 종래의 음용 탄산수 제조장치의 구조를 나타낸 개략도
도 2는 본 발명의 순환 압축 시스템 구조를 나타낸 개략도
도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 순환 압축 시스템 구조를 나타낸 개략도

이하 첨부도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 정수된 물이 저장된 정수원(200)과 탄산가스가 저장된 가스통(300)을 공급라인(10)으로 저장탱크(100)와 연결하고, 그 공급라인(10)은 정수라인(20)과 가스주입라인(30)으로 이루어어지도록 하여 정수원(200)과 가스통(300)에 각각 연결되도록 함으로써 저장탱크(100)로 이산화탄소와 정수된 물을 공급하여 탄산수를 제조할 수 있도록 한 것으로, 상기 저장탱크(100)에는 가스회수부(40a)와 액체회수부(40b)에 의하여 탄산가스와 물이 회수되어 저장탱크(100)로 재공급되는 순환라인(40)을 형성하고, 그 순환라인(40)에는 순환압축펌프(41)를 장착하여 탄산가스와 물을 회수토록 하며, 순환라인(40)에는 유량을 제어하는 오리피스(42)를 장착하여 흡입된 물과 탄산가스가 저장탱크(100)보다 상대적으로 높은 압력으로 오리피스(42)를 통과하면서 압축유도가 이루어지고, 그 과정에서 이산화탄소가 물에 압력에 의하여 용해되도록 한 것이다.

따라서 정수원(200)으로부터 공급된 정수된 물을 저장탱크(100)에 공급하여 물을 채운 후, 이산화탄소를 주입하여 탄산가스를 채우면 저장탱크(100) 내의 압력이 급상승하게 되고 시간이 지나면서 탄산가스가 원수에 녹아들게 되는데, 그 상태에서 순환라인(40)의 순환압축펌프(41)를 동작시키면 가스회수부(40a)와 액체회수부(40b)를 통하여 탄산가스와 물이 흡입되어 오리피스(42)를 통과한 후, 저장탱크(100)로 재공급되며, 이러한 순환 압축 작용을 반복적으로 수행하여 탄산수를 제조토록 함으로써 저장탱크(100)에 남아있는 잔여 탄산가스를 강제로 물에 용해시켜 탄산가스의 용해 효율을 높이고 짧은 시간에 탄산수를 제조할 수 있도록 한 것이다.

또한, 탄산가스와 물이 오리피스(42)를 통과한 후에는 순환라인 상에서 고압으로 인젝션 되면서 물입자가 분사되며, 이에 따라 물 입자와 탄산가스의 접촉 면적을 크게 하여 용해 효율을 더욱 높일 수 있게 되는 것이고, 이렇게 순환라인(40)을 통과한 탄산가스와 물이 저장탱크로 주입될 때 포말이 형성되면서 탄산가스 혼합을 더 유도토록 한 것이다.

이때, 상기 순환라인(40)은 공급라인(10)과 연결되도록 하면 하나의 라인을 공유하도록 할 수 있는 것으로, 저장탱크(100)에 연결되는 단부가 저장탱크(100)의 하단에 위치하도록 하면 순환라인(40)을 경유한 탄산가스와 물이 저장탱크(100)의 하단부로 재공급되면서 포말을 더 크게 형성하도록 할 수 있으며, 이때 발생되는 포말에 의하여 탄산가스 용해 효율을 더 높일 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 순환라인(40)은 가스회수부(40a)와 액체회수부(40b)를 별도의 라인으로 형성하고, 가스회수부(40a)를 저장탱크(100)의 상단부에 형성하면서 액체회수부(40b)는 저장탱크(100)의 하단부에 형성하여 탄산가스와 물을 각각 회수할 수 있도록 되는데, 이때, 상기 가스회수부(40a)에는 회수오리피스(43)를 장착하여 흡입하는 탄산가스의 유량을 조절함으로써 전체 순환라인(40)의 유량 중 가스회수부(40a)와 액체회수부(40b)로 흡입되는 유량 비율을 조절할 수 있게 되며, 이때 회수오리피스(43)의 유량은 순환라인(40)에 형성되는 오리피스(42)의 유량 대비 50%로 형성하면 탄산가스와 물을 1:1의 비율로 회수하면서 압축 유도가 이루어지도록 할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 가스주입라인(30)에는 오리피스(42)보다 상대적으로 유량이 적은 보조 오리피스(70)를 장착하면 가스주입라인(30)을 통하여 저유량 고압으로 탄산가스 주입이 이루어지게 되면서 원수라인(20)의 원수가 혼합이 이루어지명서 공급이 이루어지도록 하고, 그 과정에서 탄산가스가 원수에 스며들면서 1차 용해가 이루어지도록 한 것이다.

즉, 탄산가스가 보조 오리피스(70)를 경유한 직후에 탄산가스가 분사되면서 물 입자와 만나 혼합이 이루어지므로 탄산가스와 물 입자와의 접촉 표면적이 늘어나면서 탄산가스 용해가 촉진되는 것이다.

따라서 이렇게 1차 용해가 이루어진 후 저장탱크(100)로 탄산가스와 물이 공급되어 탄산수를 제조하게 되므로 탄산수를 제조하는 시간을 단축할 수 있게 되는 것이다.

한편, 저장탱크에 탄산가스를 주입할 때 일시에 높은 압력으로 탄산가스를 주입하면 폭발우려가 있으므로 한번에 많은 양의 탄산가스를 주입하기보다는 탄산가스를 주기적으로 반복 주입함으로써 고농도 탄산수(강탄산)를 제조함이 바람직한 것으로, 순환 압축 시스템에 의하여 저장탱크(100) 내부의 압력을 빠르게 낮출 수 있기 때문에 탄산가스를 주입하는 인터벌 간격을 줄여 약탄산 또는 강탄산으로 짧은 시간에 농도조절이 가능하게 되는 것이다.

그리고 이렇게 제조된 탄산수는 저장탱크(100)에 디스펜서(D) 방향으로 배출라인(50)을 형성하여 사용자가 디스펜서(D)를 통하여 간단하게 배출시켜 사용할 수 있으며, 탄산수가 저장탱크(100) 용량중에서 저수위까지 배출되어 소진되면 배기수단(60)을 오픈하여 잔여 탄산가스가 배출되도록 하면서 원수를 저장탱크로 다시 담수한 후, 상기의 제조과정을 반복 수행하게 되는 것이다.

이때, 상기 배출라인(50)에는 워터레귤레이터(51)를 장착하여 저장탱크(100)의 압력보다 상대적으로 낮은 압력을 감압하여 탄산수를 배출토록 함이 바람직한 것으로, 그 배출라인(50)에는 개폐 밸브(52)를 장착하여 감압된 탄산수의 배출을 제어하도록 한 것이다.

또한, 도 3과 같이 상기 순환라인(40)에 다공블럭(44)을 장착하면 물이 순환라인(40)을 경유하는 과정에서 물 입자의 분산이 이루어지도록 할 수 있게 되는 것으로, 분산된 물 입자에 의하여 탄산가스와 접촉되는 물의 표면적을 넓혀 탄산가스 용해효율을 더욱 높일 수 있게 되는 것이다.

즉, 다공블럭(44)에 의하여 물 입자가 5㎛(미크론) 이하로 물 입자를 작게 분산하여 포말 현상이 발생되도록 함이 바람직한 것으로, 물 입자와 탄산가스의 접촉면적을 늘려 탄산가스와 물의 혼합이 더 잘 이루어지게 되는 것이다.

이때, 상기 다공블럭(44)을 복수로 이루어지도록 하면 탄산가스의 용해 효율을 더욱 높일 수 있게 되는 것으로, 가장 바람직하게는 오리피스(42) 전단에 장착되는 1차 다공블럭(44a)과 오리피스(42) 후단에 장착되는 2차 다공블럭(44b)으로 이루어지도록 하면 1차 다공블럭(44a)에 의하여 형성된 포말이 오리피스(42)를 통과하면서 압축이 이루어지고, 압축된 탄산수를 다시 2차 다공블럭(44b)을 경유하도록 함으로써 포말이 다시 형성되면서 순환 압축 시스템의 탄산가스 용해 효율을 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.

100: 저장탱크
200: 정수원
300: 가스통
10: 공급라인
20: 정수라인
30: 가스주입라인
40: 순환라인 40a: 가스회수부
40b: 액체회수부 41: 순환압축펌프
42: 오리피스 43: 회수 오리피스
44: 다공블럭 44a: 1차 다공블럭
44b: 2차 다공블럭
50: 배출라인 51: 워터레귤레이터
52: 개폐밸브
60: 배기수단

Claims (5)

1. 탄산수가 저장되는 저장탱크(100)가 공급라인(10)에 의하여 원수가 저장되는 정수원(200)과 탄산가스가 저장되는 가스통(300)에 연결되고,
   상기 저장탱크(100)의 일단에는 순환라인(40)이 형성되면서 그 순환라인(40)의 타단이 공급라인(10)에 연결되며,
   상기 순환라인(40)은 저장탱크(100) 측에 저장탱크(100)에 잔류하는 탄산가스를 회수하기 위한 가스회수부(40a)와 저장탱크(100)에 잔류하는 물을 회수하기 위한 액체회수부(40b)가 형성되며,
   상기 순환라인(40)에는 탄산가스와 물의 순환을 유도하기 위한 순환압축펌프(41)와 탄산가스와 물의 압축을 위한 오리피스(42)가 형성되어
   가스회수부(40a)와 액체회수부(40b)를 통하여 회수된 탄산가스와 물이 순환라인(40)을 통하여 반복적으로 순환됨과 동시에 순환라인(40)을 경유하는 과정에서 오리피스(42)에서 저장탱크(100)보다 상대적으로 높은 압력으로 탄산가스와 물이 압축되어 탄산가스가 물에 용해되는 압축 작용을 수행하여 탄산가스 낭비를 줄이고 탄산수 제조시간을 단축할 수 있게 되는 순환 압축 시스템에 의하여 탄산수가 제조되는 음용 탄산수 제조기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 공급라인(10)은 정수원(200)에 연결된 정수라인(20)과 가스통(300)에 연결된 가스주입라인(30)이 수합(收合)되어 이루어지고, 상기 가스주입라인(30)에는 보조 오리피스(70)가 장착되어 물과 탄산가스가 혼합되면서 공급되면서 저유량 고압으로 탄산가스 주입이 이루어지는 순환 압축 시스템에 의하여 탄산수가 제조되는 음용 탄산수 제조기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 순환라인(40)은 가스회수부(40a)가 저장탱크(100)의 상단부에 연결되고, 액체회수부(40b)는 저장탱크(100)에 내장된 탄산수에 침지되게 형성되며, 가스회수부(40a)에는 회수오리피스(43)가 장착되어 탄산가스의 유량을 조절하여 가스회수부(40a)와 액체회수부(40b)로 흡입되는 유량 비율을 조절할 수 있게 되는 순환 압축 시스템에 의하여 탄산수가 제조되는 음용 탄산수 제조기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 순환라인(40)은 물 입자를 분산시키기 위한 다공블럭(44)이 장착되어 다공블럭을 통과하면서 분산된 물 입자에 의하여 탄산가스와 접촉되는 물의 표면적을 넓혀 탄산가스 용해효율을 높일 수 있게 되는 순환 압축 시스템에 의하여 탄산수가 제조되는 음용 탄산수 제조기.
5. 제 4항에 있어서, 상기 다공블럭(44)은 오리피스(42) 전단에 장착되는 1차 다공블럭(44a)과 오리피스(42) 후단에 장착되는 2차 다공블럭(44b)으로 이루어져 이중으로 포말형성이 이루어지도록 됨을 특징으로 하는 순환 압축 시스템에 의하여 탄산수가 제조되는 음용 탄산수 제조기.

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