KR20190034711A - 화학반응을 통한 이산화탄소(co2) 발생기능을 탑재한 탄산수 제조장치 - Google Patents

화학반응을 통한 이산화탄소(co2) 발생기능을 탑재한 탄산수 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄산수(H2CO3)을 제조하는 방법과 장치에 관한 것이다. 종래에는 마이크로파 발생을 통하여 생성된 이산화탄소(CO2) 또는 고압의 이산화탄소(CO2)를 저장한 용기로부터 밸브 및 호스를 통하여 공급되는 고압의 이산화탄소를 밀폐된 음료용기에 주입하여, 탄산수(H2CO3)를 제조하는 것이 일반적으로 통용되는 방법이었다. 본 발명은 이산화탄소(CO2)를 화학반응을 통하여 발생시키고, 이를 일정 수준으로 압축하여 밀폐된 음료용기에 주입하는 방법을 적용하여 탄산수(H2CO3)를 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

화학반응을 통한 이산화탄소(CO2) 발생기능을 탑재한 탄산수 제조장치{Carbonated water production system equipped with a function of generating carbon dioxide (CO2) through chemical reaction}
본 발명은 탄산수 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화학반응을 통한 이산화탄소(CO2) 발생기능을 탑재한 탄산수 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 시중에 유통되고 있는 대부분의 탄산수 제조 장치는 이산화탄소(CO2)를 저장하고 있는 고압의 용기로부터 밸브 및 호스를 통하여 공급되는 고압의 이산화탄소를 밀폐된 음료용기에 주입시키는 방법을 적용하거나, 소형의 이산화탄소(CO2) 저장 캡슐을 터트려서 팽창되는 고압의 이산화탄소(CO2)를 밀폐된 음료용기에 주입하는 방법을 적용한다.
상기 고압의 이산화탄소 저장 용기를 이용하는 탄산수 제조 장치는 냉장고 및 정수기와 같은 기기에 적용 가능하다. 다만, 고압의 이산화탄소 저장 용기를 이용하는 경우, 저장 용기에 담긴 이산화탄소가 모두 소진되면, 고압의 이산화탄소 저장 용기를 새것으로 교체하거나, 저장용기에 이산화탄소를 주입해야만 하는 불편함이 있다. 특히, 이러한 작업은 일반적인 이용자가 수행하기 어려운 경우가 더욱 많아, 전문 기술자의 도움이 필요한 경우가 일반적이다. 또한, 고압의 이산화탄소 저장 용기는 제조비용이 비싸고, 높은 중량과 압력으로 인하여 용기를 운반하거나 취급함에 있어서 각별한 주의가 필요하다.
한편, 소형의 이산화탄소(CO2) 저장 캡슐을 터트리는 방법을 적용하는 경우, 일반인도 손쉽게 이산화탄소 저장용기를 다룰 수 있어서 전문 기술자 없이도 손쉽게 이산화탄소(CO2) 저장 캡슐을 교체하며 탄산수를 제조할 수 있으나, 제조할 수 있는 탄산수의 용량에 대비하여 소형의 이산화탄소(CO2) 저장 캡슐에 대한 제조비용이 비싼 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 제시된 문제점을 해결할 수 있는 탄산수 제조 장치를 제공하는 것으로서, 화학반응을 이용하여 이산화탄소를 발생시키고, 발생된 이산화탄소를 일정 수준으로 압축하여 밀폐된 음료용기에 주입하는 방법을 적용하며, 이용자의 취급 및 조작의 용의성과 안전을 확보하기 위한 몇 가지 보조 장치를 활용한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 화학반응을 이용하여 이산화탄소를 발생시키는 단계; (b) 발생된 이산화탄소를 밸브 및 호스를 통하여 이송한 후 일정 수준으로 압축하는 단계; (c) 압축된 이산화탄소를 밀폐된 음료 용기에 주입하는 단계; 를 활용하며, 각 단계에서 이용자의 취급 및 조작의 용이성과 안전을 확보하기 위하여 화학물질 주사기, 역류방지 밸브, 압력센서, 팽창용기 등 몇 가지 보조 장치를 활용한다.
상기 (a) 단계는 일반적인 소비자가 쉽게 구비할 수 있는 식품첨가물로 지칭되는. 두 가지 화학 물질에 대한 중화반응을 통하여 달성할 수 있으며, 해당 화학 물질은 물김치 또는 냉면육수의 시큼한 맛을 내기 위하여 첨가하는 구연산(시트르산)과, 빵 구울 때 첨가하거나, 가정에서 각종 소독용으로 사용하는 소다(탄산수소나트륨)으로서 관련 화학반응을 식으로 표현하면 C6H8O7(aq) + 3NaHCO3(aq) → Na3C6H5O7(aq) + 3CO2(g) + 3H2O(l) 으로서, 이산화탄소(CO2)를 발생시킬 수 있음과 동시에 부산물로서 얻어지는 구연산나트륨 수용액은 화장실 청소 등 살균제 및 세탁용 천연세제 등으로 활용할 수 있다.
상기 (b) 단계는 (a) 단계에서 발생된 이산화탄소를 일정 수준으로 압축하는 단계로서, 이송을 위한 호스와 역류방지 밸브와 조합하여 구성된 소형의 공기압축기를 가동하여 달성할 수 있다. 이때, 도1에 도시된 압력센서로 부터 전달되는 신호에 의하여 가동을 자동으로 제어할 수 있도록 하여 이산화탄소의 압력이 과도하게 높아지는 것을 방지한다.
상기 (c) 단계는 (b) 단계에서 압축된 이산화탄소를 음료 용기에 주입하는 단계로서, 도1에 도시된 바와 같이 탈착형 역류방지 밸브가 부착된 마개로 밀폐된 음료 용기에 주입하는 방법으로 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면 일반인이 취급하기 어려운 고압의 이산화탄소 저장용기가 필요하지 않을 뿐만 아니라, 시중에서 저렴한 가격으로 쉽게 구비할 수 있는 두 가지 식품첨가물에 대한 화학반응을 통하여 발생된 이산화탄소를 이용함으로써, 취급이 용이할 뿐만 아니라 저렴한 비용으로 탄산수를 제조할 수 있다. 아울러, 부산물로 생성되는 구연산나트륨 수용액은 화장실 청소를 위한 살균제 또는 세탁용 천연세제 등으로 활용할 수 있어 더욱 경제적이다.
도 1은 본 발명에 대한 전반적인 동작원리를 설명하기 위한 것으로서, 이산화탄소 발생 용기(S3), 탄산수 용기(S2), 공기 압축기(S1), 구연산 수용액(K1), 탄산수소나트륨 수용액(K2)를 주입할 수 있는 주사장치, 발생된 이산화탄소를 일시적으로 보관하기 위한 풍선(K1), 임계압력센서(T1) 및 임계압력 스위치(T2), 역류방지밸브(F1, T3, T4) 등으로 구성된다.
이하 본 발명의 실시에 따라 일반인이 시중에서 쉽게 구비할 수 있는 식품첨가물의 화학반응을 통하여 얻어지는 이산화탄소를 이용하여, 저렴한 비용으로 탄산수를 다량 제조할 수 있는 방법에 대한 구체적인 실시 예를, 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 실시 예는 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 실시 예에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 실시 예에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 실시 예에 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는 도1에 도시된 내용을 기초로 하여, 본 발명에서 제시하는 탄산수 제조 장치에 대한 일 실시예가 설명된다.
도1에 도시된 구연산 수용액(K1)과 탄산수소나트륨 수용액(K2)는 상온에서의 포화용액으로서, 호스를 통하여 주입할 수 있는 장치, 예컨대 주사기 등을 통하여 수동 또는 자동으로 호스를 통하여 도1에 도시된 역류방지밸브(F1)을 통하여 이산화탄소 발생 용기(S3) 내부로 주입된다. 이때, 가동스위치(MS)를 “켜짐” 상태로 전환한다.
이산화탄소 발생 용기(S2) 내부로 주입된 구연산 수용액(K1)과 탄산나트륨 수용액(K2)는 이산화탄소 발생 용기(D2) 내부에서 섞이게 되며, 곧바로 다음과 화학식 “C6H8O7(aq) + 3NaHCO3(aq) → Na3C6H5O7(aq) + 3CO2(g) + 3H2O(l)”에 따른 화학반응이 진행되어, 이산화탄소(CO2)가 발생되어 이산화탄소 발생 용기(S3)를 가득 채우게 되며, 이산화탄소 발생 용기(S3)에 부착된 풍선(K1)에 이산화탄소(CO2)가 주입되어 풍선(K1)이 부풀어진다.
풍선(K1)에 이산화탄소(CO2)가 주입됨과 동시에, 이산화탄소 발생 용기(S3)의 압력이 상승하게 되면, 임계압력센서(T2)가 작동하며 임계압력센서(T2S)를 “켜짐” 상태로 전환시킨다. 이에 따라, 공기압축기(S1)가 작동을 개시하게 된다.
공기압축기(S1)가 작동을 개시하면, 이산화탄소 발생 용기(S3) 내부를 채우고 있던 이산화탄소는 공기압축기(S1)와 역류방지밸브(F2) 및 임계압력센서(T1)를 경유하고, 탈착형 역류방지밸브(F3)를 경유하여, 탄산수 용기(S2) 내부로 주입된다.
이에 따라, 탄산수 용기(S2)내부는 주입된 이산화탄소로 인하여 내부 압력이 상승하게 되며, 일정 수준 이상의 압력에 도달 할 때 까지, 공기압축기(S1)가 계속 작동하여 탄산수 용기(S2)에 이산화탄소(CO2)를 계속 주입하게 된다.
탄산수 용기(S2)의 내부 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지하기 위하여, 임계 압력 이상에 도달하면, 임계압력센서(T1)이 작동하여 임계압력센서(T1S)를 “꺼짐” 상태로 전환시킨다. 이이 따라, 공기압축기(S1)가 작동을 중지하게 된다.
일정 시간이 지나면 탄산수 용기(S2)에 주입된 이산화탄소(CO2)가 탄산수 용기(S2)에 들어 있던 음료수에 용해되어, 탄산수 용기(S2) 내부 압력이 감소하게 되어, 임계압력센서(T1)이 다시 작동하여 임계압력센서(T1S)를 “켜짐” 상태로 전환 시킨다. 이에 따라, 공기압축기(S1)가 다시 작동을 개시하게 되며, 이러한 과정을 수차례 계속 반복하게 된다.
상기와 같은 반복 과정이 더 이상 진행되지 않는 상태가 지속되면, 탄산수 용기(S2)에 들어있던 음료수에 이산화탄소(CO2)가 포화 상태로 용해된 것으로 해석할 수 있으므로, 가동스위치(MS)를 “꺼짐” 상태로 전환한 후, 탈착형 역류방지 밸브(F3)와 임계압력센서(T1) 사이에 설치 가능한 주입구를 분리한다.
풍선(K1)에 주입된 이산화탄소(CO2)를 모두 소진할 때 까지, 다른 탄산수 용기(S2)를 다시 장착하여, 상기 일련의 과정을 반복하면 탄산수 제조를 계속할 수 있다.

Claims (1)

  1. 이산화탄소(CO2)를 발생시키고 이를 포집하여, 호스를 통하여 공기 압축기(S1)로 전달하기 위한 목적으로 도1에 도시된 방법과 유사한 구조로 구성된 이산화탄소 발생 용기(S2) 수용부:

    상기 이산화탄소 발생 용기(S2)로부터 전송되는 이산화탄소(CO2)를 압축하여 고압의 이산화탄소(CO2)를 탄산수 용기로 주입하기 위한 목적으로, 도1에 도시된 방법과 유사한 구조로 구성된 공기 압력기(S1) 및 임계압력 스위치(T1S, T2S), 임계압력센서(T1,T2), 역류방지밸브(F2), 가동스위치(MS)로 구성된 이산화탄소(CO2) 압축 기능 수용부:

    상기 이산화탄소 압축 기능 수용부로부터 전달되는 고압의 이산화탄소(CO2)를 주입할 수 있도록 탈착형 역류방지밸브(F3)가 장착된 뚜껑으로 여닫을 수 있는 탄산수 용기(S2)로 구성되는 제조된 탄산수를 보관하는 기능 수용부:

    상기 제시된 세가지 기능 수용부를 도1과 유사한 방법으로 구성하여, 화학반응을 통하여 이산화탄소를 발생하는 기능을 탑재하여 탄산수를 제조하는 것을 특징으로 하는 탄산수 제조 장치.
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