KR20190047761A - 화학반응을 이용한 탄산수 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄산수(H2CO3)을 제조하는 방법과 장치에 관한 것이다. 종래에는 고압의 이산화탄소(CO2)를 저장한 용기로부터 밸브 및 호스를 통하여 공급되는 고압의 이산화탄소를 밀폐된 음료용기에 주입하여, 탄산수(H2CO3)를 제조하는 것이 일반적으로 통용되는 방법이었다. 이산화탄소를 저장한 용기를 구비하는 방법으로는 고압의 이산화탄소(CO2)가 주입된 실린더를 이용하는 방법이 있고, 알려진 다른 방법으로는 탄산수소나트륨(NaHCO3)에 마이크로파를 인가하여 탄산수소나트륨(NaHCO3)의 열분해를 유도하여, 이때 발생되는 이산화탄소(CO2)를 용기에 누적하는 방법 등이 있다.
본 발명은 화학반응을 이용하여 이산화탄소(CO2)를 발생시키고, 이를 누적하여 고압의 이산화탄소(CO2)를 구비할 수 있도록 처리할 수 있는 용기를 고안 및 적용하여, 이로부터 밸브 및 호스를 통하여 밀폐된 음료용기에 주입하는 방법을 적용하여 탄산수(H2CO3)를 제조하는 것을 특징으로 한다.

Description

화학반응을 이용한 탄산수 제조장치{Production system of carbonated water using chemical reaction}
본 발명은 탄산수 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화학반응을 통하여 이산화탄소(CO2)를 발생시키고 이를 이용하는 탄산수 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 시중에 유통되고 있는 대부분의 탄산수 제조 장치는 고압의 이산화탄소(CO2)가 주입된 실린더로 부터 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.
한편, 고압의 이산화탄소(CO2)를 구비하기 위하여 알려진 다른 방법으로는 탄산수소나트륨(NaHCO3)에 마이크로파를 인가하여 탄산수소나트륨(NaHCO3)의 열분해를 유도하여, 이때 발생되는 이산화탄소(CO2)를 용기에 누적하는 방법을 적용하는 경우도 있다.
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.
또한, 탄산수소나트륨(NaHCO3)에 마이크로파를 인가하여 탄산수소나트륨(NaHCO3)의 열분해를 유도하여, 이때 발생되는 이산화탄소(CO2)를 용기에 누적하는 방법을 적용하는 경우, 마이크로파를 인가하기 위한 전자회로 등이 필요하므로 관련 장치를 구비하기 위한 제조비용이 부수적으로 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 제시된 문제점을 해결할 수 있는 탄산수 제조 장치를 제공하는 것으로서, 화학반응을 이용하여 이산화탄소를 발생시키고, 이를 누적하여 고압의 이산화탄소(CO2)를 구비할 수 있도록 처리할 수 있는 용기를 고안 및 적용하여, 이로부터 밸브 및 호스를 통하여 밀폐된 음료용기에 주입하는 방법을 적용하여 탄산수(H2CO3)를 제조할 수 있도록 하여 탄산수 제조기에 대한 제작비용 및 탄산수 제조를 위한 유지비용을 현저하게 낮출 수 있도록 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 특별히 고안된 용기에 화학반응을 위한 원료를 공급하여 화학반응을 유도하고, 이때 발생하는 이산화탄소를 누적하여 고압의 이산화탄소가 저장되도록 처리하는 단계; (b) 저장된 이산화탄소를 밸브 및 호스를 통하여 이송한 후 밀폐된 음료 용기에 주입하는 단계; 를 활용하며, 각 단계에서 이용자의 취급 및 조작의 용이성 및 안전을 확보하기 위하여 밸브, 호스, 압력게이지 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 식소다(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. 이때, 활용되는 용기는 도1에 도시된 바와 같은 구조로서 이산화탄소가 누적되어 압력이 상승될 수 있도록 처리한다.
상기 (b) 단계는 (a) 단계에서 누적되어 고압으로 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 화학반응을 통하여 이산화탄소를 발생시키고, 이를 누적하여 고압의 이산화탄소 기체를 구비한 후, 이를 호스를 통하여 이송하여 탈착형 이산화탄소 주입기를 통하여 역류방지밸브가 장착된 뚜껑으로 밀폐된 탄산수 제조용기에 주입하는 원리를 설명하기 위한 것이다.
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 실시 예를 설명한다.
먼저, 도시된 개폐밸브(V3)를 닫힘 상태로 설정한 후, 이산화탄소 발생 및 누적용기(S1)에 장착된 개폐뚜껑(C1)을 열고, 구연산 분말 및 식소다 분말을 공급한 후, 적정량의 물을 공급하고 곧바로 개폐뚜껑(C1)을 닫아서 밀폐한다.
이산화탄소 발생 및 누적용기(S1)에 물이 공급되면, 이전 과정에서 공급되어 있던 구연산 분말 및 식소다(구연산나트륨) 분말과 반응하여, 이산화탄소 발생 및 누적용기(S1) 공간에서 섞이게 되며, 곧바로 화학식 “C6H8O7(aq) + 3NaHCO3(aq) → Na3C6H5O7(aq) + 3CO2(g) + 3H2O(l)”에 따른 화학반응이 진행되어, 이산화탄소가 발생되어 이산화탄소 발생 및 누적용기(S1)의 공간을 가득 채운다. 이에 따라 압력이 상승하여 압력계(G)에 상승되고 있는 압력이 표시된다.
이산화탄소 발생 및 누적용기(S1) 내부의 압력이 과도하게 상승하면 이산화탄소 발생 및 누적용기(S1)가 폭발할 수도 있으므로, 이산화탄소 발생 및 누적용기(S1)의 내부 압력이 일정 수준 이상이 되면, 입계압력밸브(V1)이 자동으로 열림 상태가 되어 이산화탄소 발생 및 누적용기(S1)의 내부압력이 과도하게 상승하는 것을 방지한다.
다음 과정으로, 탄산수 용기(S2)에 음료수를 넣고, 역류방지밸브 장착된 뚜껑(C2)으로 밀폐한 후, 탈착형 이산화탄소 주입기(J)를 역류방지밸브(V)에 결속한다.
다음 과정으로, 계폐밸브(V3)를 열림 상태로 설정하면, 이산화탄소 발생 및 누적용기(S1)에 저장된 고압의 이산화탄소가 공기호스(H)를 통하여 이동하여, 탄산수용기(S2)에 주입된다.
이산화탄소의 주입상태는 탄산수 용기(S2) 내부에서 발생하는 기포를 육안으로 확인할 수 있으며, 탄산수 용기(S2)를 흔들어 주면 이산화탄소와 음료수(W)가 접하는 표면적이 넓어져 이산화탄소가 음료수(W)에 용해되는 시간을 단축시킬 수 있다. 이런 현상은 흔들지 않았을 때 보다, 흔들었을 때 탄산수 용기(S2) 내부에서 발생하는 기포의 양이 많아지는 것으로 확인할 수 있다.
탄산수 용기(S2)를 흔들어도 탄산수 용기(S2) 내부에서 발생하는 기포의 양이 더 이상 많아지지 않는 상태에 도달하면 이산화탄소가 음료수(W)에 포화상태로 용해된 것으로 판단할 수 있으므로, 본 발명의 결과로서 탄산수 제조가 완료된 것이다.
다음 과정으로, 개폐밸브(V3)를 닫힘 상태로 설정한 후 탈착형 이산화탄소 주입기(J)와 역류방지밸브(V2)의 결속상태를 해제한다.
새로운 탄산수 용기(S2)에 다른 음료수(W)를 넣고, 새로운 역류방지밸브 장착된 뚜껑(C2)로 밀폐한 후, 탈착형 이산화탄소 주입기(J)와 역류방지밸브(V2)를 결속한 후, 개폐밸브(V3)를 열림 상태로 설정하면 탄산수를 추가로 제조할 수 있으며, 이러한 과정의 반복은 압력계(G)에 표시된 이산화탄소 발생 및 누적용기(S1)의 내부압력이 일정 수준 이상일 때 까지 계속할 수 있다.
이산화탄소 발생 및 누적용기(S1)의 내부 압력이 일정 수준 이하가 되면, 화학반응을 위한 새로운 원료가 필요한 시점이므로, 개폐뚜껑(C1)을 열고 이산화탄소 발생 및 누적용기(S1)을 내부에 존재하는 구연산나트륨 수용액을 모두 비운 후 처음 과정부터 반복한다.
상기 구연산나트륨 수용액은 화학반응의 부산물로 생성된 것으로서 모은 후 천연세제 등으로 활용하거나 버린다.

Claims (3)

  1. 화학반응을 통하여 이산화탄소를 발생시키고 이를 누적하여 고압의 이산화탄소를 구비하기 위하여, 도1에 도시된 방법과 유사한 구조로 구성된 이산화탄소 발생 기능 수용부;

    도1에 도시된 방법과 유사한 구조로 임계압력밸브를 장착하여, 상기 이산화탄소 발생기능 수용부의 내부 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지하기 위한 기능 수용부;

    이산화탄소 발생 기능 수용부터 전달되는 고압의 이산화탄소를 주입할 수 있도록, 도1에 도시된 방법과 유사한 구조로 구성되는, 역류방지밸브 장착된 뚜껑으로 여닫을 수 있도록 구성되어 제조된 탄산수를 보관하는 기능 수용부:

    상기 제시된 세가지 기능 수용부를 도1과 유사한 방법으로 구성하여, 화학반응을 통하여 이산화탄소를 발생시키는 기능을 탑재하고, 이를 통하여 탄산수를 제조하는 것을 특징으로 하는 탄산수 제조 장치.
  2. 상기 청구항 1에서 탄산수 제조를 목적으로 이산화탄소 발생 기능 수용부에 적용하는 화학반응의 원료를 구연산(C6H8O7), 식소다(NaHCO3), 물(H2O)을 이용하는 방법
  3. 상기 청구항 1에서 압력계(G)는 이산화탄소 발생 및 누적용기의 내부압력을 표시하기 위한 것으로 본 발명의 필수 사항이 아니므로 이를 제외하고, 도1에 도시된 방법과 유사한 구조로 공기호스(H), 임계압력밸브(V1), 개폐밸브(V3), 탈착형 이산화탄소 주입기(J) 등을 결속하는 방법.
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