WO2011102672A2 - 결빙방지기능을 구비한 카보네이터와 탄산수 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음용수나 음료에 탄산가스를 혼입시켜 탄산수 또는 탄산음료를 제조하기 위한 카보네이터 및 탄산수 제조장치 내의 냉각수 및 탄산수가 얼지 않도록 온도를 민감하게 조절가능하며 작동신뢰성을 높인 카보네이터와 탄산수 제조장치에 관한 것이다. 본 발명의 카보네이터는 통체로 이루어지며 그 외면에 냉각코일이 권취되는 본체부와, 상기 본체부 내부로 탄산가스를 공급하기 위한 탄산가스 공급부와, 냉각수를 공급받아 상기 본체부 내부로 분사하기 위한 냉각수 분사부와, 본체부 내부의 탄산수의 수위를 감지하고 유지하기 위한 수위 유지수단과, 본체부 내부의 탄산수를 외부로 공급하기 위한 탄산수 공급부를 포함하여 이루어진 통상의 카보네이터에 있어서; 상기 본체부 외면과 냉각코일 사이에는 냉각수의 빙점보다 높은 상변화 온도를 가진 축열물질이 충전된 축열재가 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

결빙방지기능을 구비한 카보네이터와 탄산수 제조장치

본 발명은 결빙방지기능을 구비한 카보네이터(Carbonator)와 탄산수 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음용수나 음료에 탄산가스를 혼입시켜 탄산수 또는 탄산음료를 제조하기 위한 카보네이터 및 탄산수 제조장치내의 냉각수(이하, '냉각수'라 함은 탄산가스가 혼입되기 전 냉각된 음용수 또는 음료를 지칭하기로 한다.) 및 탄산수가 얼지 않도록 온도를 민감하게 조절가능하며 작동신뢰성을 높인 카보네이터와 탄산수 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 음용수나 음료에 탄산가스를 혼입시켜 탄산수 또는 탄산음료('이하, '탄산수'로 총칭하기로 한다.)로 만들게 되면, 보다 나은 청량감을 얻을 수 있다.

그러나 이러한 탄산수는 통상 탄산수 제조공장에서 병에 봉입되어 소비자에게 공급되는 것이 일반적이나, 탄산수를 많이 제공하여야 하는 대형 식당에서는 병에 봉입된 탄산수를 고객에게 일일이 제공하는 것은 그 비용이 많이 발생할 뿐만 아니라 병은 유리 또는 플라스틱 등으로 제작되기 때문에 환경적인 측면에서도 바람직하지 못하다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 직접 탄산수를 제조할 수 있는 장치가 개발되어 있는데, 그 일례로서 대한민국 등록특허 제487816호를 들 수 있다.

상기 대한민국 등록특허 제487816호의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이,

물 공급원(100)에 연결되어 있는 물 공급관(105)과;

상기 물 공급관(105)으로부터 공급되는 물을 저장하는 제1 탱크(100) 및 제2 탱크(120)와;

이산화탄소가 저장되어 있는 이산화탄소 탱크(130)와;

상기 이산화탄소 탱크(130)로부터 이산화탄소를 공급받고 상기 제1 탱크(110), 제2 탱크(120)로부터 물을 공급받아 탄산수가 형성되어 저장되며 상기 제1 탱크(110) 및 제2 탱크(120) 중 적어도 어느 하나의 주위에 배치되는 탄산수 탱크(140)와;

*상기 제1 탱크(110), 제2 탱크(120) 및 상기 탄산수 탱크(140)에 권취되며 내부에는 냉매가 순환하는 냉매 유동관(150)과;

물 출수 수단(160)과;

상기 제1 탱크(110)및 제2 탱크(120) 중 적어도 어느 하나로부터 상기 물 출수 수단(160)까지 연장하는 제1 출수관(170)과, 상기 탄산수 탱크(140)로부터 상기 물 출수 수단(160)까지 연장하는 제2 출수관(180)으로 이루어진다.

도 2에 도시된 바와 같이 탄산수 탱크(140)은 제2탱크(120)로부터 냉각수 공급관(122)를 통해 냉각된 물을 공급받아 분사노즐(142)를 통해 냉각수를 분사하게 된다. 이때, 탄산수 탱크(140)은 이산화탄소 탱크(130)에 연결된 이산화탄소 공급관(132)를 통해 이산화탄소를 공급받아 놓은 상태이기 때문에 분사되는 냉각수에 이산화탄소가 용해되게 되며, 이에 따라 탄산수가 제조되게 된다. 상기와 같은 구성에 의해 냉각수에 이산화탄소를 녹여 탄산수를 제조하는 것을 통상 '카보네이터'라고 한다. 또한, 각 탱크는 내부의 냉각수나 탄산수의 온도를 유지하기 위해 그 외부를 단열재로 감싸 외부와 단열시키는 경우가 많다.

제조된 탄산수는 제2출수관(180)과 연결된 물 출수 수단(160)을 통해 사용자에게 공급되게 된다.

또한, 제1,2탱크(110, 120) 및 탄산수 탱크(140)는 한정된 체적을 가질 수 밖에 없는 것이므로, 내부에 수위를 감지하여 일정한 수위를 유지토록 하는 수위 유지수단이 채택되고 있다. 이러한 수위 유지수단은 수위를 감지하기 위한 플로터와 밸브로 이루어지거나, 플로터와 밸브가 일체로 형성된 플로터 밸브를 사용하기도 하며, 또한 수위가 감소하였을 때 외부 경보수단을 사용하여 이를 알려 사용자가 직접 보충하는 형태로 이루어지기도 한다. 본 명세서에서는 수위를 감지하여 자동 또는 수동으로 설정된 수위를 유지할 수 있도록 하는 것을 수위 유지수단으로 칭하기로 한다.

상기와 같은 종래의 탄산수 제조장치는 냉매 유동관이 금속제 탱크에 직접 권취되어 있으므로 금속제 탱크가 과냉되는 현상이 자주 발생하며, 이와 같은 탱크의 과냉에 의해 탱크 내 냉각수나 탄산수의 수면이 결빙되며, 이러한 결빙에 의해 수위유지수단의 플로터의 작동이 원할하지 못할 뿐만 아니라, 탱크 내 액체의 온도구배가 발생하여 정밀한 온도조절이 곤란한 경우가 많았다.

탱크 내 액체의 온도구배를 방지하기 위해서는 탱크 내에 유동을 일으키기 위한 프로펠러와 같은 것을 설치하기도 하지만, 이 경우 프로펠러 뿐만 아니라 이를 구동하기 위한 모터 등을 설치하여야 하므로 구성이 복잡하고 비용이 많이 드는 문제점이 여전히 존재하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 카보네이터 내의 탄산수의 온도를 일정하게 유지하도록 하며, 또한 플로터와 탄산수 사이의 결빙을 방지할 수 있는 카보네이터 및 탄산수 제조장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 카보네이터는,

통체로 이루어지며 그 외면에 냉각코일이 권취되는 본체부와,

상기 본체부 내부로 탄산가스를 공급하기 위한 탄산가스 공급부와,

냉각수를 공급받아 상기 본체부 내부로 분사하기 위한 냉각수 분사부와,

본체부 내부의 탄산수의 수위를 감지하고 유지하기 위한 수위 유지수단과,

본체부 내부의 탄산수를 외부로 공급하기 위한 탄산수 공급부를 포함하여 이루어진 통상의 카보네이터에 있어서;

상기 본체부 외면과 냉각코일 사이에는 냉각수의 빙점보다 높은 상변화 온도를 가진 축열물질이 충전된 축열재가 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 본체부 외면과 축열재 사이에는 온도감지센서가 구비된 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 탄산수 제조장치는

냉각코일로 차가운 냉매를 공급하기 위한 냉동사이클 기구와;

냉각수를 공급하기 위해 외부에 상기 냉각코일이 권취된 냉각수 공급탱크와;

탄산가스를 공급하기 위한 탄산가스 탱크와;

외부에 상기 냉각코일이 권취되며 냉각수와 탄산가스를 공급받아 탄산수로 변환시키기 위한 카보네이터와;

상기 냉각수 공급탱크로부터 카보네이터로 냉각수를 공급하기 위한 펌프를 포함하여 이루어진 통상의 탄산수 공급장치에 있어서,

상기 펌프의 토출구와 카보네이터 사이에 형성된 관로가 분기되어 펌프에서 토출된 냉각수가 다시 냉각수 공급탱크로 공급될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 냉각수 공급탱크와 펌프의 토출구 사이에는 냉각수의 흐름을 개폐하는 밸브가 설치된 것이 바람직하다.

본 발명의 탄산수 제조장치의 카보네이터는

통체로 이루어진 본체부와;

상기 본체부 내부로 탄산가스를 공급하기 위한 탄산가스 공급부과,

냉각수를 공급받아 상기 본체부 내부로 분사하기 위한 냉각수 분사부와,

본체부 내부의 탄산수의 수위를 감지하고 유지하기 위한 수위 유지수단과,

본체부 내부의 탄산수를 외부로 공급하기 위한 탄산수 공급부와,

상기 본체부 외면과 냉각코일 사이에 냉각수의 빙점보다 높은 상변화 온도를 가진 축열물질이 충전된 축열재가 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 수위 유지수단의 결빙 및 탱크와 플로터 사이의 결빙을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 탄산수의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술의 탄산수 제조장치의 일례를 나타낸 도.

도 2는 종래 기술의 카보네이터의 일례를 나타낸 도.

도 3은 본 발명의 카보네이터를 나타낸 사시도들.

도 4는 본 발명의 카보네이터의 구조를 나타낸 단면도.

도 5는 본 발명의 탄산수 제조장치의 구성을 나타낸 도.

도 6은 본 발명의 냉각수 공급탱크의 단면도.

이하, 본 발명을 그 실시예에 따라 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 카보네이터의 (a) 분리사시도 (b) 부분단면사시도 (c) 사시도이며, 도 4는 본 발명의 카보네이터의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명의 탄산수 제조장치의 구성을 나타낸 도이며, 도 6은 본 발명 탄산수 제조장치의 냉각수 공급탱크의 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 카보네이터(1)는 통체로 이루어진 본체부(10)에, 상기 본체부 내부로 탄산가스를 공급하기 위한 탄산가스 공급부(11)와, 냉각수를 공급받아 상기 본체부 내부로 분사하기 위한 냉각수 분사부(12)와, 본체부 내부의 탄산수의 수위를 감지하는 수위 유지수단(13)과, 본체부 내부의 탄산수를 외부로 공급하기 위한 탄산수 공급부(17)가 구비된 점에 있어서는 통상의 카보네이터와 동일하다.

통상의 카보네이터는 본체부 외면에 냉각코일이 직접 접촉되면서 권취됨에 따라 냉각코일이 본체부로부터 열을 흡수하도록 되어 있지만, 본 실시예에서는 본체부 외면과 냉각코일 사이에 축열재를 구비함에 따라 축열재가 본체부로부터 열을 흡수하며 냉각코일에 의해 냉각되도록 이루어져 있다.

축열재는 통상 사용되는 액상 또는 젤(GEL)상 축열물질을 비닐과 같은 합성수지제에 의해 밀봉하는 것에 의해 제작될 수 있다. 축열물질은 냉각수의 빙점보다 높은 상변화 온도를 가지는 것이 바람직하며, 0℃~4℃의 범위내에서 상변화를 가질 수 있도록 선택하는 것이 보다 바람직하다. 축열물질은 스폰지와 같은 다공성물질과 함께 밀봉되는 것도 바람직하며, 이 경우 축열물질이 축열재 내에서 하방으로 편중되는 것을 방지할 수 있다. 축열재와 본체부 사이에는 온도감지센서가 부착되어 있는 것이 보다 바람직하다. 온도감지센서는 본체부 또는 본체부와 축열재 사이의 온도를 감지하여 냉각코일(20) 내 냉매의 유동을 제어하게 된다.

카보네이터의 본체부(10) 외면과 냉각코일(20)사이에 구비된 축열재(30)는, 냉각코일(20)에 의해 냉각되어 본체부(10)으로부터 열을 흡수하게 된다. 이때 축열재의 축열물질은 0℃~4℃의 범위내에서 상변화를 일으키므로, 본체부(10) 내부의 탄산수(2)의 결빙이 방지된다. 따라서 수위 유지수단(13)의 작동봉(15)를 따라 수위의 변화에 의해 상하로 이동하는 플로터(14)의 원활한 작동이 보장되며, 또한 플로터(14)와 본체부(10)의 내벽 사이가 결빙되는 것을 방지할 수 있게 된다. 축열재는 냉기를 계속해서 함유할 수 있으므로 에너지를 절약할 수도 있게 되는 것이다. 축열재와 냉각코일로 둘러쌓인 본체부(10)는 커버(50)에 의해 보호되는 것이 바람직하다.

또한, 탄산수 제조장치에서는 카보네이터에 물을 공급하기 위한 냉각수 공급탱크를 구비하게 되는데, 이러한 냉각수 공급탱크를 설치하는 이유는 카보네이터에 공급하는 냉각수의 온도가 낮을수록 탄산수에 용해되는 탄산가스의 양이 많아지기 때문이다. 그러나 냉각수의 온도를 지나치게 낮게 하면 냉각수 공급탱크 내의 냉각수가 결빙되어 냉각수 공급탱크 내의 냉각수 수위를 감지하기 위한 별도의 수위 유지수단의 플로터의 원활한 작동을 방해하게 된다.

통상 냉각수 공급탱크 내에는 별도의 온도감지센서를 설치하여 냉각수의 온도를 제어함으로써 결빙을 방지하고 있긴 하지만, 앞서 설명한 바와 같이 카보네이터에 공급될 냉각수의 온도는 낮을수록 더 많은 탄산가스가 용해될 수 있으므로 냉각수의 온도를 최대한 낮추도록 운용되고 있어, 과냉에 의해 플로터의 작동봉과 플로터 사이, 플로터와 냉각수 공급탱크의 내벽사이에 결빙이 발생하여 작동불량이 발생하는 경우가 많다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 실시예에서는, 냉각수 공급탱크로부터 카보네이터로 냉각수를 공급하기 위해 그 사이에 펌프가 설치될 때, 펌프의 토출구와 카보네이터 사이에 형성된 관로에서 분기된 관로를 별도로 마련하여 펌프에서 토출된 냉각수의 일부가 다시 냉각수 공급탱크로 공급될 수 있도록 구성하게 된다. 또한, 분기된 관로로 냉각수가 흐르는 것을 제어할 수 있는 밸브가 별도로 설치되어 필요에 따라 냉각수가 냉각수 공급탱크로 공급되는 것을 제어하는 것도 바람직하다.

상기 설명한 바와 같이 펌프에서 카보네이터로 공급되는 냉각수의 일부가 다시 냉각수 공급탱크로 공급되면, 냉각수 공급탱크 내로 유입되는 냉각수가 유동을 발생시키게 되고, 이러한 유동에 의해 냉각수 공급탱크 내의 플로터 등의 결빙상태가 해소되어 플로터의 원활한 작동이 보장되며, 냉각수 공급탱크 내 냉각수의 온도구배가 해소되게 된다.

이하, 본 발명의 탄산수 제조장치의 작동에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 실시예에서는 압축기(200)-응축기(300)-팽창장치(350)-냉각코일(20)로 구성되는 냉동사이클기구에 대한 상세한 설명은 생략하지만, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 설명을 생략하더라도 본 명세서를 참조하여 본 발명을 용이하게 구현할 수 있을 것이다.

본 실시예에서는 수도관 등을 통해 필터 등을 거쳐 냉각수 공급탱크(500)로 물이 공급되게 된다. 수위 유지수단(13)은 냉각수 공급탱크(500) 내의 수위를 감지하여 설정된 수위보다 냉각수의 수위가 낮은 경우 도면부호 16의 밸브를 개방하여 냉각수를 보충하게 된다. 본 실시예에서는 수위 유지수단이 밸브와 연결되어 자동으로 급수가 이루어지는 것이나, 수위 유지수단이 기타 경보수단과 연결되어 수위가 낮아짐을 경보하여 수동으로 냉각수를 보충하는 것도 가능할 것이다.

냉각수 공급탱크(500)의 하단에는 카보네이터(1)로 냉각수를 공급하기 위한 제1배출관(501), 냉각수 공급탱크(500) 내부의 냉각수를 사용자에게 직접 공급하기 위해 냉각수를 배출하는 제 2 배출관(503)이 구비된다. 또한 제1 배출관(501)을 통해 펌프(400)를 거쳐 카보네이터(1)로 공급되는 관로(410)은 분기되어 펌프(400)를 통해 토출된 냉각수가 다시 냉각수 공급탱크(500)으로 공급되기 위한 분기된 관로 (502)가 설치된다. 분기된 관로(502) 상에는 냉각수 공급탱크(500)으로의 냉각수의 흐름을 제어할 수 있는 도면부호 504의 밸브가 설치되는 것도 바람직하다.

분기된 관로(502)를 통해 냉각수 공급탱크(500)로 유입된 냉각수의 유동에 따라 냉각수 공급탱크(500) 내의 냉각수는 유동을 일으키며, 이에 따라 냉각수 공급탱크(500) 내의 냉각수에는 온도구배가 제거되게 되며, 또한 수위 유지수단(13)의 플로터(14)와 작동봉(15) 사이 또는 플로터(14)와 냉각수 공급탱크(500) 내벽과의 사이가 결빙되는 것을 방지할 수 있게 된다.

냉각수 공급탱크(500)으로부터 냉각수를 공급받은 카보네이터(1)는 냉각수 분사부(12)로 냉각수를 분사하게 되며, 탄산가스 탱크(600)으로부터 탄산가스를 공급받아 카보네이터 내부의 탄산수(2) 상면에 존재하는 탄산가스가 분사된 냉각수에 용해되어 냉각수는 탄산수(2)로 변환되며, 카보네이터 내부에 저장되게 된다.

앞서 설명한 바와 같이, 카보네이터의 본체부(10)는 냉각코일(20)과의 사이에 축열재(30)을 구비하고 있고, 냉각코일(20)에 의해 냉각된 축열재(30)에 의해 카보네이터의 본체부(10)가 냉각되고 이에 따라 탄산수 역시 냉각되어 탄산수에 용해된 탄산가스가 기화되지 않고 잔존하게 되는 것이다.

또한, 축열재(30) 내의 축열물질은 0℃~4℃의 범위내에서 상변화를 가질 수 있는 물질로 선택한 것이므로, 축열재의 온도는 0℃미만으로 하강하지 않게 되며, 축열재의 온도가 0℃의 경우에도 카보네이터의 본체부는 외기와 일부 접촉하고 있으므로, 본체부 내부의 플로터(14)와 작동봉(15)사이 또는 본체부 내벽과 플로터의 사이에 결빙이 생기는 것을 원천적으로 방지할 수 있게 된다. 또한, 축열재의 온도가 설정온도 이상이 되는 경우, 온도감지센서에 의해 이를 감지하고 냉각사이클기구를 구동하여 축열재의 온도를 설정온도의 범위 내로 유지하는 것이 가능하다.

이와 같이 제조된 탄산수는 탄산수 공급부(17)를 통해 사용자에게 공급되게 되는 것이다. 탄산수 공급부(17)를 통해 배출되는 탄산수는 카보네이터 본체부 내부의 압력, 즉 탄산가스 탱크로부터 공급된 탄산가스의 압력에 의해 배출될 수도 있고, 별도의 펌프에 의해 배출될 수도 있을 것이다. 또한 냉각수를 배출하는 제 2 배출관(503)과 탄산수 공급부(17)의 말단에는 별도의 밸브(701,702)를 설치하여 사용자가 필요에 따라 개방하도록 하는 것은 당연하다 할 것이다.

상기 구성에 의한 본 실시예의 카보네이터 및 탄산수 제조장치는 냉각수 및 탄산수가 결빙되지 않고 원활한 작동이 가능하게 되는 것이다.

Claims (6)

1. 통체로 이루어지며 그 외면에 냉각코일이 권취되는 본체부와,

   상기 본체부 내부로 탄산가스를 공급하기 위한 탄산가스 공급부와,

   냉각수를 공급받아 상기 본체부 내부로 분사하기 위한 냉각수 분사부와,

   본체부 내부의 탄산수의 수위를 감지하고 유지하기 위한 수위 유지수단과,

   본체부 내부의 탄산수를 외부로 공급하기 위한 탄산수 공급부를 포함하여 이루어진 통상의 카보네이터에 있어서;

   상기 본체부 외면과 냉각코일 사이에는 냉각수의 빙점보다 높은 상변화 온도를 가진 축열물질이 충전된 축열재가 구비된 것을 특징으로 하는 결빙방지기능을 구비한 카보네이터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 본체부 외면과 축열재 사이에는 온도감지센서가 구비된 것을 특징으로 하는 결빙방지기능을 구비한 카보네이터.
3. 냉각코일로 차가운 냉매를 공급하기 위한 냉동사이클 기구와;

   냉각수를 공급하기 위해 외부에 상기 냉각코일이 권취된 냉각수 공급탱크와;

   탄산가스를 공급하기 위한 탄산가스 탱크와;

   외부에 상기 냉각코일이 권취되며 냉각수와 탄산가스를 공급받아 탄산수로 변환시키기 위한 카보네이터와;

   상기 냉각수 공급탱크로부터 카보네이터로 냉각수를 공급하기 위한 펌프를 포함하여 이루어진 통상의 탄산수 공급장치에 있어서,

   상기 펌프의 토출구와 카보네이터 사이에 형성된 관로가 분기되어 펌프에서 토출된 냉각수가 다시 냉각수 공급탱크로 공급될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는결빙방지기능을 구비한 탄산수 제조장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 냉각수 공급탱크와 펌프의 토출구 사이에는 냉각수의 흐름을 개폐하는 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 결빙방지기능을 구비한 탄산수 제조장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 카보네이터는,

   통체로 이루어진 본체부와;

   상기 본체부 내부로 탄산가스를 공급하기 위한 탄산가스 공급부과,

   냉각수를 공급받아 상기 본체부 내부로 분사하기 위한 냉각수 분사부와,

   본체부 내부의 탄산수의 수위를 감지하고 유지하기 위한 수위 유지수단과,

   본체부 내부의 탄산수를 외부로 공급하기 위한 탄산수 공급부와,

   상기 본체부 외면과 냉각코일 사이에 냉각수의 빙점보다 높은 상변화 온도를 가진 축열물질이 충전된 축열재가 구비된 것을 특징으로 하는 결빙방지기능을 구비한 탄산수 제조장치.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 본체부 외면과 축열재 사이에는 온도감지센서가 구비된 것을 특징으로 하는 결빙방지기능을 구비한 탄산수 제조장치.

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