KR100786962B1 - 흡입관을 갖는 탄산 음료 용기를 위한 유출 방지 유량 제어부재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄산 유체 또는 고온의 음료를 압력을 가해 임시로 담으며 누출 표준강도 덮개로 마감하는 탄산 음료 (금속) 캔(수통), 병, 컵 또는 손잡이식 용기용 흡입관을 갖는 "유량 제어부재(flow control element)"에 관한 것이다. 운전, 도보 또는 다른 제어하기 어려운 음복 상황 중에, 차내에서와 같이 음복하기 어려운 상황 중에, 한편으로 운전, 도보 또는 다른 제어하기 어려운 음복 상황 중에, 용기 내부에 담겨진 유체의 유출을 방지할 수 있다. 관으로 흡입이 이루어질 때 주된 유량 제어부재를 통하여 진입이 가능한 한 음료 캔내의 유체는 탄산화 공정의 압력으로 여전히 남아 있게 된다. 압력이 가해지지 않은 유체의 경우는 용기내 진공 흡입을 방지하도록 공기유통구가 제공되며 그에 따라 음복 동안에 유체 흐름을 감소시킬 수 있다. 용기의 모든 상황 및 위치에서 유체의 유출 방지가 가능하다. 알루미늄 음료 캔의 경우에 관은 영구적으로 용기의 덮개에 부착되며, 또는 음료용 컵, 병 또는 손잡이식 용기로 사용할 때에는 제거될 수도 있다. 관은 스프링, 중앙이 관통된 멤브레인(membrane), 밸브 스템 및 밸브를 구비하는 외부 하우징(housing enclosure)에 누설이 없게 촘촘히 부착된다. 이러한 외부 하우징은 용기의 내부로 연장되며, 그 연장된 부분은 밸브 스템에 대한 가이드로서 기능하고 밸브 시트(valve seat)와 결합된다. 밸브 스템은 일측상의 중앙이 관통된 멤브레인 및 타측상의 밸브에 부착된다. 관으로 흡입할 때, 멤브레인은 밸브를 이동시켜 유량 경로를 개방하며, 그에 따라 유체가 밸브 스템(바람직한 실시예의 한 형태에서, 또 다른 실시예에서는 밸브 스템 주위에) 및 중앙이 관통된 멤브레인을 통하여 입으로 흐르도록 할 수 있다. 흡입이 정지될 때, 스프링은 캔 또는 용기내 가스 압력에 대항하여 밸브를 닫는다. 밸브로 개방한 유체는 탄력적인 튜브를 통하여 용기로 완전히 흘러들어가도록 하기 위하여 용기의 바닥으로 흘러들어간다. 내부 가스 압력이 공기압 미만으로 떨어질 때에는 공기유통구가 제공된다
유량 제어부재, 멤브레인, 탄산 음료 용기, 스프링

Description

흡입관을 갖는 탄산 음료 용기를 위한 유출 방지 유량 제어부재{Drip-less carbonated beverage container flow control element with suction spout}
관련 문헌 참고 자료
참고용 미국특허 문헌:
US 4,796,774 01/1989 Nabinger 220/90
US 4,852,776 08/1989 Patton 222/570
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US 5,079,013 01/1992 Belanger 425/115
US 5,186,347 02/1993 Freeman et al 220/254
US 5,542,670 08/1996 Morano 220/714
US 5,947,324 09/1999 Palinchak 220/713
재검토된 US 특허 문헌:
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US 5,295,597 03/1994 Green 215/11.4
US 6,003,711 12/1999 Bilewitz 220/253
US 4,596,341 06/1968 Bruffey 220/90.2
US 4,756,440 07/1988 Gartner 220/90.4
US 5,370,279 12/1994 Tardif 222/214
US 6,021,922 02/2000 Bilskie et al 222/67
US 6,036,048 03/2000 Fishman 220/706
US 6,041,982 03/2000 Cantereels et al 222/562
참고용 유럽 특허 문헌:
EP 0870 685 A1 10/1998 Igor B65D 01/00
재검토된 유럽 특허 문헌:
WO 00/17065 03/2000 Droste B65D 79/00
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WO 99/44915 09/1999 Rigo B65D 83/14
WO 99/67150 12/1999 Dixon B65D 51/20
EP 0 934 887 A1 08/1999 Hakim A47F 19/22
발명의 분야
본 발명은 움직이는 동안 캔, 음료용 컵 또는 손잡이식 용기에서 유체를 꺼낼 때, 내부에 있는 유체의 유출을 방지하는데 사용되는 완전히 밀폐된 탄산 음료 캔, 병 또는 밀폐된 음료용 컵에 관한 것이며, 이것은 미국(US) 분류 220/706; 220/85; 222/214; 220/713; 220/714 등(국제 특허 분류 A47G 19/22; BD65d 1/00; BD65D 25/48 등)으로 분류된다.
발명의 목적
탄산 음료들은 소비를 위해 알루미늄 캔, 병 또는 이외의 용기에 채워진다. 캔 또는 병은 개봉되자마자 내부의 유체는 질이 나빠지기 시작하고 그 이후 단시간에 김이 빠지게 된다. 병에 들어있다면, 즉시 마시기 위하여 그 음료를 컵에 붓고, 나머지는 다음에 사용하기 위해 스쿠류 캡(screw cap, 나선 덮개)으로 닫아 병 내부의 압력으로 유지시킨다. 그러나, 알루미늄 캔은 일반적으로 상부 폐쇄부의 한 부분을 떼어냄으로써 개봉되며 그 이후에는 닫을 수가 없다. 이는 개봉 후 짧은 시간 내에 마셔야 한다는 것을 의미한다. 또한, 병으로 컵에 부을 때 그 양이 바로 마시기에는 너무 많을 수 있어, 사람에 따라 긴 기간에 걸쳐서 그것을 사용하기를 원하기도 한다.
또한, 종래기술에 의해서도, 탄산 또는 고온의 유체를 가지고 움직이는 동안에는 소위 유출 방지 컵 또는 손잡이식 용기 내에서 압력을 유지할 수 없고 유체의 유출을 방지할 수 없다는 것은 명백하다.
따라서, 본 발명의 목적은 사용시에 용기 내의 음료를 탄산화된 상태로 유지하는데 있으며, 유체로의 접근성이 용이하고 움직이는 동안에 엎질러지는 것을 방지하는데 있다. 본 발명은 고온의 음료에도 적용되어, 포함된 공기의 팽창으로 인해 공기압이 상승하더라도 유체를 컵 또는 용기내에 담아둘 수 있다.
유출방지 관 및 공기유통구와 결합되어 누설없는 상부 덮개를 갖는 음료용 컵 및 손잡이식 용기가 일시 저장 동안 내부에 담겨진 유체의 유출을 방지하기 위해 많은 형상 및 형태로 수년에 걸쳐 제공되고 있다. 상기 관 및 공기유통구는 유출방지관으로 흡입될 때 유체가 용기 또는 컵으로부터 흘러나오도록 하는 밸브들을 갖고 있다. 용기내의 유체 내용물의 감소분은 덮개의 보조 개구를 통해 흐르는 공기로 대체된다. 이러한 공기유통구는 압력이 관에서의 흡입 동작으로 인해 외부 공기압 이하로 떨어질 때 이 공기유통구를 개방하는 제어 밸브를 갖는다. 일례로서, 이러한 특성을 갖는 유출 방지 급송/양성 용기가 벨랭거(Belanger)에 의한 미국특허(US patent) 5,079,013호; 모라노(Morano)에 의한 미국특허 5,542,670호; 프리만(Freeman)에 의한 미국특허 5,186,347호 등에 기술되어 있다. 이러한 모든 발명들은 주로 아기들이나 아장아장 걷는 아이들이 컵 또는 용기를 던질 때나 움직이면서 마실 때 유체의 유출을 제거할 목적에서 만들어졌다. 상기 특허 명세서에서, 다른 참고문헌들은 다른 발명자들에 의해 만들어졌지만 유체의 유출을 제거하는 입장에서 동일 또는 유사한 목적을 갖는다.
여기서, 상기 출원들은 비탄산 유체들 및 냉음료에서만 적합하다. 만일 탄산 유체에 적용된다면, 용기내의 압력이 상승하여 밸브를 개방하려고 밀어냄으로서 누설 및 유출을 막을 수 없게 된다. 그리고, 고온 음료에 동일하게 적용되는데, 즉 유체 상부의 공기는 가열되어 팽창하고 용기의 압력이 상승하여 직립 자세로 유지할 수 없다면 유체를 밀어서 유출시킬 것이다. 그러나, 모라노의 미국특허 5,542,670호에서는 아주 강한 탄력성이 있는 밸브 재료를 이용함으로써, 벨랭거의 미국특허 5,079,013호의 경우에는 아주 강한 스프링을 이용함으로써 유출이 방지될 수는 있다. 그러나, 관으로의 흡입이 상당히 증가되어야 하는데, 심지어는 사람의 능력을 초월하는 정도의 흡입이 있어야만 하므로, 밸브를 여는 것은 불가능하거나 적어도 성가시게 된다는 결점이 있다.
탄산 음료를 담은 음료 캔은 오늘날 소비자에게 일반적으로 이용가능하기 때문에, 개봉 이후에 음료 캔을 덮거나 또는 캔으로 직접 마시는 것보다 더 용이하게 마실 수 있도록 하기 위해 캔의 상부에 고정(clip)하는 어댑터들이 제공된다. 그러한 특성들은 다음 명세서에서 제공된다. 즉, 나빙거(Nabinger)에 의한 미국특허 4,796,774호, 패튼(patton)에 의한 미국특허 4,852,776호, 크루그만(Krugman)에 의한 미국특허 4,883,192호, 에스포지토(Esposito)에 의한 미국특허 5,071,042호, 팔린착(Palinchak)에 의한 미국특허 5,947,324호, 이고(Igor)에 의한 유럽 특허 0870 685호 등에서 제공된다. 상기 출원들은 개봉 이후에 압력이 캔으로부터 즉시 해제되고 매우 단시간내에 이산화탄소가 유체로부터 빠져나가 김이 빠지게 되어 훨씬 마시고자 하는 마음이 들지 않게 되는 단점을 가지고 있다. 이것은 이전에 기술된 모든 출원들이 탄산 음료 또는 고온의 음료에는 적합하지 않다는 것을 의미한다.
본 발명은 종래기술을 넘어서는 다수의 이점과 결합하여 밀폐된 유출 방지 음료용 컵과 음료 캔에 대하여 전술한 모든 문제들을 극복할 수 있다. 즉, 가스 압력을 유지하여 유체를 탄산화된 상태로 유지할 수 있고, 부분적으로 채워진 용기의 운반을 용이하게 하며 움직이면서 마시거나 사용하는 동안 유체가 유출되지 않게 된다. 음료 캔의 경우, 본 발명은 예컨대 크루그만(Krugman)의 미국특허 4,883,192호 및 그 후 다른 발명들로부터 제공되는 것과 같은 밀폐된 음료 캔 및/또는 음료 어댑터를 사용하는 것보다 더욱 위생면에서 부가적인 이점을 갖는다.
하기에 첨부된 도면의 4개의 바람직한 실시예로 그 도면 및 첨부된 명세서가 기록된 기술분야의 숙련자들에게 있어서 본 발명의 모든 특징들은 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 조립된 음료 캔의 사시도이다. 본 실시예의 더욱 상세한 것은 도 3,4 및 5에 도시된다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예의 조립된 유출 방지 음료용 컵 또는 용기의 사시도이다. 더욱 상세한 것은 도 6에 도시된다.
도 3은 본 발명의 유량 제어부재에 대해 필요한 모든 부분을 도시한 가장 바람직한 실시예의 부분 단면도 및 평면도이다.
도 4는 유량 제어부재의 조립 부품의 보다 나은 도시를 위해 확대된 부분의 단면도를 보인다.
도 5a 내지 5e는 본 발명의 유량 제어부재를 보충하는 개별적인 부분의 단면도들을 보인다.
도 6은 도 2에서 보인 사시도에서의 본 발명의 제2 실시예의 유출 방지 음료용 컵의 평면도와 함께 부분 단면도를 보인다.
도 7은 관에 흡입 압력이 가해질 때 최초 두 실시예에서 처럼 밸브 시트로부터 밸브가 빠지는 것보다는 밸브를 밀어서 개방함에 의한 본 발명의 제3 실시예의 단면도를 보인다.
도 8은 관을 둘러싼 멤브레인의 돌출부를 제외하고는 도 7의 제3 실시예와 동일한 본 발명의 제4 실시예의 단면도를 보인다.
본 발명의 일실시예는, 기압을 일정하게 유지하는 컵, 금속 음료 캔, 병 또는 손잡이식 용기로부터 유체를 흡입하기 위한 관을 구비하는 유량 제어부재(flow control element)를 포함하며, 여기서 상기 유체는 탄산 음료 또는 커피 또는 차와 같은 고온의 음료이다. 유량 제어부재는 관 위에서 흡입함으로써 활성화되어 촉진되며, 여기서 멤브레인형 부재는 외부로부터 용기의 내부로 닫는 밸브를 들어올린다. 용기의 내부는 음료용 컵의 하우징(housing)에서 고온의 음료에 의해 가열된 공기가 팽창되거나 탄산 음료에 의해 발생된 가스 압력이 외부의 대기압 보다 높게 된다. 유량 제어부재는 하우징에 연결된 가스가 가득 찬 관, 스프링, 멤브레인내의 개구를 통하여 용기로부터 관으로 유체를 흘릴 수 있게 하는 본질적으로 속이 빈 밸브 스템에 연결된 중앙이 관통된 멤브레인(membrane)형 부재, 하우징의 돌출부인 밸브 시트 및 부드럽고 탄력있는 재료로 된 밸브를 갖는 밸브 스템 가이드로 구성된다. 밸브는 밸브 시트 방향으로 멤브레인 및 밸브 스템상에서 누르는 스프링에 의해 닫혀진 상태로 견고하게 고정된다. 밸브가 밸브 스템을 통하여 멤브레인과 연결되기 때문에, 축방향으로 멤브레인의 움직임은 밸브의 동일한 움직임으로 나타난다. 관에서의 흡입으로 인하여 멤브레인의 일측면의 압력이 감소함으로써, 멤브레인은 밸브를 옮겨놓고 그로 인해 용기의 내부가 개방되어 유체가 흐를 수 있게 한다. 유체는 용기 내부면의 빨대(straw) 형태로 된 얇은 탄력적인 튜브를 통하여 용기로부터 흘러들어온다. 따라서 유체는 용기의 바닥면으로부터 밸브 스템을 통하여 밸브 개구에 도달하고 관 아래의 멤브레인을 통하여 입으로 도달하게 된다. 밸브 밀폐 영역은 실질적으로 멤브레인의 유효 표면적보다 더 작다. 멤브레인 상부의 작은 흡입 압력 차이는 통상적으로 밸브를 닫힌 상태로 유지하는 스프링의 압력에 비하여 밸브를 개방하는데 상대적으로 큰 힘으로 나타난다. 그러므로, 밸브, 스프링 및 멤브레인의 결합은 유량 제어부재를 작동시킬 수 있는 본 발명의 본질적인 부분이다. 유량 제어부재의 하우징은 알루미늄 음료 캔의 덮개내의 구멍에 꼭 맞는 가스 밀폐 부분이거나 음료용 컵의 가스 밀폐 덮개의 집적 부분이다. 멤브레인의 하부면은 유량 제어부재의 하우징내의 개구에 의해 대기압으로 유지된다. 캔 또는 컵내의 압력이 유체 높이를 감소시킴으로써 대기압 미만으로 떨어질 때, 밸브 가이드내에 제공되는 공기유통구는 단지 이 경우에만 개방되어 감소된 유체 총량을 대신하여 공기로 대체한다. 전술한 바와 같이, 유체 부재는 음료용으로 사용되지 않을 때에는 용기의 모든 주위환경 및 위치하에서 외부로부터 손잡이식 용기의 내부로 닫힌다.
도면을 참조하여, 본 발명은 일반적으로 소비용으로 이용되는 탄산 음료 캔(수통) 등의 용기에 적용되는 것으로 기술되지만, 본 발명의 유량 제어부재가 설치되기 위해 상부 덮개는 변경되거나 조정된다.
도 1은 제1 실시예에 따른 음료 캔의 부분 개방된 외부 사시도를 나타내는 것으로, 상부 덮개내의 중심에 위치하며 캔의 외부로부터 내부로 연장되는 유량 제어부재(flow control element)를 갖는다. 그러나, 상기 유량 제어부재는 상기 상부 덮개 상에서 중앙으로부터 벗어나 배치될 수 있다.
본 실시예의 상세한 구성은 도 3의 부분 단면도에 도시되어 있으며, 유량 제어부재의 확대된 단면은 도 4에 보다 명확히 도시되어 있다.
원통형 용기(1), 바닥면(2), 상부 덮개(3) 및 유량 제어부재(4)로 구성된 음료 캔은 탄산화 과정에 의해 가스 압력(P3)(6)으로 유지되는 탄산 음료(5)를 담고 있다. 이러한 가스 압력은 유체(음료)를 마시는 즐거움을 위해 음료를 탄산화 상태로 유지되며 실질적으로 외부 대기압력(P2)보다 더 높다.
유량 제어부재(4)는 캔 내의 유체로 접근하도록 하면서도, 필요한 만큼 오래 가스 압력을 유지한다. 이것은 음료 캔의 상부 덮개(3)에 고정 결합되며 캔의 내부와 외부 사이에 장벽부가 형성된 하우징(9)에 의해 달성된다.
한편, 관(7)은 상기 하우징(9)에 결합된 가스 밀폐부로서, 중앙이 관통된 멤브레인(8)을 제자리에 고정시킨다.
상기 멤브레인(8)은, 흡입 쪽에서 가스 밀폐식으로 하우징(9) 쪽에 밀착 결합되는 반면, 다른 쪽에서는 대기압으로 유지된다. 멤브레인의 상부 및 하부에, 중앙부에서 멤브레인이 위 아래로 수 밀리미터 이동할 수 있도록 적당한 공간이 마련되는 반면에 주변부는 고정된다. 멤브레인(8)은 유체가 통과할 수 있도록 속이 비어 있는 밸브 스템(10)과 일체로 결합된다. 구체적으로, 멤브레인(8)도 중심 구멍을 가지며 밸브 스템(10)과 가스 밀폐식으로 결합된다.
하우징(9)은 일체로 연장된 튜브형의 돌출부인 밸브 스템 가이드(14)를 갖으며, 상기 밸브 스템 가이드(14)는 2개의 다른 지름으로 구성된 상부 원통부(14b)와 하부 원통부(14a)를 가지고 용기 내로 관통되어 있다. 밸브 스템(10)은 밸브 스템 가이드(14)의 하부 원통부(14a)에 고정 설치되되, 밸브 스템(10)과 밸브 스템 가이드(14)의 하부 원통부(14a) 사이에 미끄럼 씰(sliding seal)을 형성하는 틈(clearance)이 제공된다. 즉, 이 틈은, 일측면상에서 밸브 스템(10)의 운동은 가능하게 하지만 유체 또는 가스는 통과할 수 없도록 충분히 단단히 끼워져 있는 미끄럼 끼워맞춤(slide fit)을 구성한다.
또한, 밸브 스템 가이드(14)의 하부 원통부(14a) 하측에는 밸브 시트(13)가 형성된다. 밸브 스템(10)의 저면에 탄력성이 있는 재료로 구성된 밸브(11)가 설치되어 음료 캔의 내부에 대하여 밸브 시트(13) 방향으로 노즐(12)을 닫는다. 캔을 완전히 비우기 위하여 유연한 튜브(flexible tube, 또는 빨대)(15)가 사용되는데, 튜브(15)는 노즐(12)에 단단히 고정되어 있으며 캔의 바닥면까지 내려간다.
밸브(11)는 스프링(16)에 의해 유량 제어부재의 흡입측에서 닫힌다. 즉, 스프링(16)은 멤브레인(8)과 밸브(11)를 그 안착위치를 향해 밀어낸다. 속이 빈 밸브 스템(10)은 내려가면서 저면부(17)에서 좁아지는 한편, 이 좁아지는 경사부에서 하나 이상의 구멍(18)이 형성되어 밸브(11)가 밸브 시트(13)로부터 들어올려질 때 상기 구멍(18)을 통해 유체가 지나간다.
또한, 작은 공기 통로(19)가 하우징(9)내에 제공되어 멤브레인(8)의 하부에서 배압(背壓)이 대기압(P1)으로 확실히 유지되도록 한다.
이에 따라서, 유량 제어부재(4)는 다음과 같이 작동될 수 있다.
먼저, 입을 통해 관(7)으로 흡입하면 멤브레인(8)은 위쪽으로 움직이게 된다. 이에 따라, 스프링(16)의 압력에 대항하여 밸브 시트(13)로부터 밸브(11)가 들어올려진다.
밸브(11)를 작동시켜서 개방하기 위한 힘(개방력)의 크기는 멤브레인(8)에 작용하는 압력차(P1-P2)와 멤브레인(8)의 유효 표면적(active surface area)을 곱한 값, 즉 (P1-P2)×A에, 밸브(11)에 작용하는 내압차(P3-P2)에 의한 힘을 더하고, 스프링력(Fspring)을 빼는 것에 의해 결정된다.
즉, Fopen = (P1-P2)×A + (P3-P2)×a - Fspring
여기서, Fopen은 개방력이고, "A"는 멤브레인의 유효 표면적으로 1/4ㆍπㆍD2이며, "a"는 밸브의 유효 표면적으로 1/4ㆍπㆍd2이고, "π"(pi)는 3.14 이며, "D"는 멤브레인의 유효 직경(active diameter)이고, "d"는 밸브의 유효 직경이며, "Fspring"은 스프링력이다.
밸브(11)를 닫힌 상태로 유지하기 위해, "유량 제어부재"를 사용하지 않을 때, 스프링력(Fspring)이 실질적으로 용기의 내압에 의해 밸브(11)상에 작용하는 힘보다 클 필요가 있다.
그러나, 밸브(11)를 열기 위해 멤브레인(8)에 의해 생성된 흡입력은 스프링(16)의 폐쇄력에서 밸브(11)에 작용하는 힘을 뺀 힘을 극복할 필요가 있다. 이는, 멤브레인(8)의 유효 표면적이 밸브(11)의 유동 면적(flow area)보다 실질적으로 클 필요가 있다는 것을 의미한다.
밸브(11)가 밸브 시트(13)로부터 들어올려질 때, 캔 내부의 유체는 압력차(P3-P2)에 의해 외부로 힘을 받는다. 여기서, 상기 P3는 캔 내부의 가스 압력이고 P2는 관 내부의 흡입압력이다. 흡입이 이루어질 때, 유체는 유연한 튜브(15)를 통하여 노즐(12)로 흐르고 밸브(11)를 지나 속이 빈 밸브 스템(10)의 구멍(들)(18)을 통하여 관(7) 내부의 멤브레인(8)의 상부면으로 나와 입으로 들어가게 된다.
흡입 동작이 정지되자마자, 압력 차이(P1-P2)는 사라지며 단지 스프링(16)의 압력만이 남아있게 되어, 밸브(11)가 밸브 시트(13)로 복원되므로 유체 통로가 폐쇄된다.
한편, 어떠한 환경하에서, 캔을 비움으로써 내부 압력(P3)이 크게 감소되고 심지어는 외부의 대기압(P1)보다 작게 될 수 있다. 이 경우, 흡입 압력은 밸브를 개방할 수 있으나, 음료 캔을 완전히 비우기에는 불충분하다.
이러한 상황에 대비하여, 밸브 스템 가이드(14)의 상부에서 하나 이상의 구멍으로 구성되는 공기유통구(20)가 제공된다. 이들 공기유통구(20)들은 구멍들을 일반적으로 완전히 덮도록 적절한 폭을 갖는 탄성 밴드(21)에 의해 통제된다. 즉, 상기 탄성 밴드(21)는 밸브로서 역할을 수행하게 되며, 공기를 공기 통로(19)로부터 멤브레인(18) 아래의 영역내로 들어가게 한 후 밸브 스템 가이드(14)의 상부를 따라 공기유통구(20)를 통하여 캔의 내부로 들어가게 한다.
이러한 특징으로 인해, 실질적으로 캔의 내부 압력(P3)이 외부의 대기압(P1) 아래로 결코 떨어지지 않게 된다. 따라서, 도 4에 도시한 바와 같이, 밸브 스템 가이드(14)의 상부 원통부(14b)는 공기를 통과시킬 수 있도록 약간 확장되어 형성된다.
전술한 바와 같은 유량 제어부재를 적용함에 있어서, 비사용시 및 운반시에 관(7)이 더러워지는 것을 방지하기 위하여, 위생 덮개(29)가 하우징(9)의 어깨부(shoulder) 위에 단단하게 고정된다.
도 5a 내지 5e에 전술한 바와 같은 바람직한 제1 실시예에 따른 유량 제어부재의 개별적인 구성요소가 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 밸브를 작동시키는 관통 멤브레인을 사용함으로써 동일한 원리가 적용되는 예까지 확장될 수 있다.
도 2 및 도 6은 유량 제어부재를 유출 방지 음료용 컵에 적용한 것을 보이는 바람직한 제2 실시예이다.
도시된 바와 같이, 상부 덮개는 컵 또는 용기에 단단히 나사 체결된다. 이 경우, 유량 제어부재(4')의 하우징(9')은 상부 덮개의 일체로 된 누설방지 부재이며, 이것에 의해 밀봉 후에 컵이 새는 경우 없이 탄산 음료, 고온 및 저온 음료를 수용할 수 있다. 고온의 음료인 경우에는, 유체 상부의 공기가 팽창하여 컵 또는 손잡이식 용기 내의 압력을 증가시킨다. 이러한 실시예에 대하여, 부분적으로 개방된 컵 또는 용기의 사시도가 도 2에서 도시되는 한편, 그 동일한 실시예의 부분 단면도가 도 6에 도시된다. 이러한 실시예의 경우, 유량 제어부재(4)의 작동 원리가 바람직한 제1 실시예의 설명과 정확하게 동일하기 때문에, 이 부분은 반복하지 않고 단지 변경된 부분만을 기술한다.
도 6은 음료, 고온 또는 저온 음료로 채워질 때 용기의 누설을 방지하는 탄성 재료로 된 가스 밀폐 봉인(24)을 가지며 용기(22) 위에 나사 결합되어 착탈이 가능한 상부 덮개(23)와 함께, 금속 또는 플라스틱으로 된 용기(22)를 나타낸다. 이러한 제2 실시예에서, 유량 제어부재(4')의 하우징(9')은 상부 덮개(23)과 함께 일체로 몰딩 형성된다. 따라서 음료 캔의 유량 제어부재와는 약간의 차이가 있다. 관(25)은 세척을 위해 유량 제어부재 내부로 접근할 수 있도록 착탈이 가능하다. 나머지 부분들은 실질적으로 도 1, 3, 4 및 5의 (알루미늄)음료 캔에서 사용된 것과 동일하다.
도 7은 유량 제어부재(4")의 제3 실시예를 나타내며, 음료 캔, 병, 음료용 컵 등의 용기에 적용 가능하다. 전술한 본 발명의 다른 실시예와 가장 중요한 차이는 밸브(11")를 밸브 시트(13")로부터 빼내기보다는 밸브(11")를 흡입 압력에 의해 밀려서 개방된다는 것이다.
제3 실시예는 다음 부품들로 구성된다.
먼저, 중앙이 관통된 인버티드 멤브레인(inverted membrane, 8")은, 전술한 실시예의 멤브레인과 반대로 배치되고 흡입시 반대 방향으로 움직이는 것으로, 가스의 누출을 방지하도록 설치되지만 관(7")의 일부를 구성하는 원통(27") 내에서 축방향으로 움직일 수는 있는 돌출 튜브(26")를 갖는다. 그리고, 관(7")은 인버티드 멤브레인(8")을 제자리에 유지시키며, 둘레에서 밀봉부(30")를 갖는 밸브 홀더(14")와 함께 가스 밀폐 결합구조를 형성한다. 유량 제어부재 조립체는 나선식 덮개 연결부(31")에 의해 음료 캔, 병, 음료용 컵 등의 용기(1") 상부에 고정된다. 밸브 홀더(14")에는 밸브 시트(13")가 형성되어 있어, 밸브(11")와 함께 용기(1")의 내부와 외부 사이의 밀봉 장벽을 형성하여 비사용시 유체를 통과시키지 않는다. 밸브(11")는 밸브 스템(10")을 통해 연결편(17")에 의해 인버티드 멤브레인(8")과 연결된다. 관(7")에 흡입이 없을 때, 인버티드 멤브레인(8")과 함께 연결편(17")은 밸브(11")를 밸브 시트(13")에 유지시켜서 가스를 누출시키지 않지만, 흡입 동안에는 유체를 통과시킬 수 있다. 공기유통구(29")는 관(7)의 일부분을 형성하며, 그것에 의해 인버티드 멤브레인(8")의 상부 공간이 대기압으로 확실히 유지된다. 만일, 강한 탄성 소재로 이루어진 인버티드 멤브레인(8")의 스프링 기능이 부적당하다고 판단되면, 스프링(32")이 추가적으로 설치되어 밸브(11")를 폐쇄 위치로 유지시키는데 도움을 줄 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예의 작동은 다음과 같다.
먼저, 관(7")으로 흡입이 이루어질 때, 공간(28")에서의 압력(P2)은 인버티드 멤브레인(8") 상부의 외부 압력(P1)에 비해 줄어들 것이다. 이로 인해, 인버티드 멤브레인(8")이 아래방향으로 움직이게 되며, 결국 밸브(11")를 밸브 시트(13")로부터 밀어내어 음료 용기(1")의 내부로부터 입까지 유체 흐름 경로를 개방하게 된다. 또한, 용기(1")로부터 음료를 빨아들임으로써 용기(1") 내의 압력이 외부의 대기압 아래로 떨어지면, 흡입이 멈춰진 후에 밸브(11")가 스프링력이 더해진 인버티드 멤브레인(8")의 압력에 대항하여 개방되게 된다.
그러므로 전술한 실시예는 관(7") 내에서 원통(27")과 인버티드 멤브레인의 돌출 튜브(26")의 가스 밀폐식으로 운동가능한 결합을 필요로 한다. 이 상태에서 공기가 누출되면 유동 제어부재(4")가 잘못 동작할 수도 있을 것이다. 이에 대한 해결책은, 인버티드 멤브레인(8")과 관(7") 사이에 벨로우즈(bellows), 소위 오링(O-ring)을 두는 것이지만, 이는 장애물이 되는 것으로 밝혀졌다.
그러므로, 관(7")은 모두 생략하고, 관으로서 인버티드 멤브레인의 돌출 튜브(26")를 남겨둠으로써 본 발명의 이러한 실시예를 상당히 단순화시키는 것을 생각할 수 있다. 이러한 제4 실시예가 도 8에 도시되어 있는데, 이는 관(7")을 제외하고는 도 7에서 도시한 것과 동일한 구성요소들로 구성된다. 작동 또한 동일하며 더 이상 설명할 필요가 없다.
상기 제3 실시예 및 제4 실시예에서 힘의 작용관계를 살펴보면 다음과 같다.
밸브(11)를 작동시켜서 개방하기 위한 힘(개방력)의 크기는 인버티드 멤브레인(8")에 작용하는 압력차(P1-P2)와 인버티드 멤브레인(8")의 유효 표면적(active surface area)을 곱한 값, 즉 (P1-P2)×A에, 밸브(11")에 작용하는 내압차(P3-P2)에 의한 힘을 빼고, 스프링력(Fspring)을 빼는 것에 의해 결정된다.
즉, Fopen = (P1-P2)×A - (P3-P2)×a - Fspring
여기서, Fopen은 개방력이고, "A"는 인버티드 멤브레인의 유효 표면적이며, 1/4ㆍπㆍD2이고, "a"는 밸브의 유효 표면적으로 1/4ㆍπㆍd2이며, "π"(pi)는 3.14 이며, "D"는 인버티드 멤브레인의 유효 직경(active diameter)이고, "d"는 밸브의 유효 직경이며, "Fspring"은 스프링력이다.
흡입에 의해 밸브가 시트로부터 밀릴 때, 용기 내의 유체는 압력차(P3-P2)에 의해 바깥쪽으로 힘을 받을 것이다. 여기서, P3, P2는 각각 용기 내의 압력과 관(spout) 내의 흡입압이다.
이 압력차(P3-P2)를 극복하기 위해(이는 Fopen이 양(+)의 값을 가져야 한다는 것을 의미함), 인버티드 멤브레인의 표면적(A)은 밸브의 유효 면적(a)보다 실질적으로 더 클 것이다.
내압(P3)은 실질적으로 대기압(P1)보다 더 큰 값(예컨대, 대기압의 8배)에 도달될 수 있다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 용기 내의 음료를 탄산화된 상태로 장기간 유지할 수 있고, 움직이는 동안 또는 쓰러지는 경우에도 엎질러지는 것을 방지할 수 있으며, 고온의 음료에도 적용되어, 포함된 공기의 팽창으로 인해 공기압이 상승하더라도 유체를 컵 또는 용기 내에 담아둘 수 있다.

Claims (17)

  1. 유체 위의 가스 압력이 캔 또는 병 내에서 유지되며, 상기 캔 또는 병으로부터 상기 유체를 마시거나 움직이는 동안 또는 쓰러질 때 유체가 유출되지 않도록 하면서 손잡이식 탄산 음료 캔 또는 병을 비우기 위한 유출 방지 유량 제어부재에 있어서,
    가스 압력하에 탄산 음료 또는 유체를 임시로 저장하기 위한 손잡이식 유체 용기(1)와,
    상기 용기(1)에 밀폐적으로 설치된 상부 덮개(3)와,
    상기 용기(1)의 내부로 연장되는 튜브형 돌출부(14)를 가지는 하우징(9)에 연결되며 상기 상부 덮개(3)의 바깥에 설치된 관(7)과,
    상기 하우징(9)에 의해 지지되는 멤브레인(8)과,
    상기 멤브레인(8)으로부터 아래쪽으로 연장되는 속이 빈 밸브 스템(10)과,
    상기 밸브 스템(10)의 하단에 설치된 탄성 소재로 된 밸브(11)를 포함하되,
    상기 멤브레인(8)은 유체를 통과시키기 위하여 중앙이 관통되어 있고,
    상기 멤브레인(8)의 유효 표면적은 상기 밸브(11)의 유동 면적보다 크며,
    상기 멤브레인(8)의 속이 빈 밸브 스템(10)은 상기 하우징(9)의 튜브형 돌출부(14) 내에서 유체는 누설되지는 못하도록 하면서 상하 이동이 가능하게 설치되고,
    상기 멤브레인(8)은 흡인력이 멎을 때 상기 밸브(11)를 폐쇄하기 위해 스프링(16)에 의해 탄성 지지되며,
    상기 하우징(9)의 상기 튜브형 돌출부(14)는 그 상부에 공기유통구(20)를 가지고 있고, 상기 하우징(9) 측면에는 상기 공기유통구(20)와 연통되며 상기 멤브레인(8)의 하부에 대기압을 유지시키기 위한 공기 통로(19)를 가지고 있으며,
    상기 공기유통구(20)에는 탄성 밴드(21)가 개폐 가능하게 설치되어 있고,
    상기 하우징(9)의 돌출부(14)의 상부는 하부보다 확장된 내부 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
  2. 탄산 음료를 마시기 전에 상기 탄산 음료를 담은 용기를 수동으로 개방하지 않음으로써 상기 용기 내에서 유체 위의 가스 압력이 유지되며, 움직이는 중에 음료를 마시거나 용기가 쓰러질 때 유체가 유출되지 않도록 하는 손잡이식 용기를 비우기 위한 유출 방지 유량 제어부재에 있어서,
    상기 유량 제어부재(4")는 가스 압력하에 탄산 음료 또는 유체를 임시로 저장하기 위한 손잡이식 유체 용기(1")와,
    상기 용기(1")에 밀폐적으로 설치된 상부 덮개(3")와,
    원통(27")이 형성된 관(7")과,
    상기 용기(1")의 내측으로 튀어나온 밸브 홀더(14")를 갖는 하우징(9")과,
    상기 하우징(9")에 의해 지지되며 스프링(32")에 의해 탄성력을 받는 밸브(11") 및 인버티드(inverted) 멤브레인(8")을 포함하되,
    상기 밸브(11")는 상기 인버티드 멤브레인(8")에 연결되어 있어 상기 인버티드 멤브레인(8")의 이동에 따라 함께 이동하고,
    상기 인버티드 멤브레인(8")은, 상기 관(7")의 원통(27") 내에서 축방향으로 움직이지만 가스는 누설되지 않도록 일체로 돌출되게 형성된 돌출 튜브(26")를 가지고 있으며,
    상기 인버티드 멤브레인(8")은 상기 돌출 튜브(26")와 연통되도록 중앙이 관통되어 있으며,
    상기 인버티드 멤브레인(8")은 상기 밸브(11")의 유동 면적보다 큰 유효 표면적을 가지며,
    관(7")을 통해 흡입할 때, 상기 인버티드 멤브레인(8")이 상기 밸브(11")를 아래쪽으로 밀어서 밸브 홀더(14")가 개방되는 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 덮개는 상기 용기에 나사식으로 착탈이 가능하게 설치되어 가스 밀폐가 이루어지고, 상기 상부 덮개는 유량 제어부재를 지지하며, 상기 하우징은 상기 상부 덮개와 일체로 몰드되어 있는 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 멤브레인은 강한 탄력성 있는 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 멤브레인의 유효 표면적은 흡입 압력에 의해 상기 멤브레인 또는 상기 멤브레인상에 개별적으로 적용된 스프링의 탄성력 및 상기 밸브의 유동 단면적을 통해 작용하는 내압에 의한 힘에 대항하여 상기 밸브를 개방하기에 충분히 큰 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링에 의한 힘은 용기의 내압에 의해 밸브 상에 작용하는 힘보다 큰 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 관을 통한 흡입이 정지되었을 때, 상기 인버티드 멤브레인의 탄성력 또는 스프링에 의한 탄성력에 의해 밸브가 복귀하여 밸브 홀더를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 용기는 금속 또는 플라스틱 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 공기유통구는 폐쇄된 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
  11. 제 3 항에 있어서, 상기 관은 일체로 된 상기 하우징과 상부 덮개에 나사 결합되어 분해가 가능하게 된 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
  12. 삭제
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 용기는 음료 캔, 병, 음료 컵 및 손잡이식 용기 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 관은 상기 용기의 상부 덮개의 중심으로부터 벗어나 배치되는 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 탄산 음료를 마시기 전에 상기 탄산 음료를 담은 용기를 수동으로 개방하지 않음으로써 상기 용기 내에서 유체 위의 가스 압력이 유지되며, 움직이는 중에 음료를 마시거나 용기가 쓰러질 때 유체가 유출되지 않도록 하는 손잡이식 용기를 비우기 위한 유출 방지 유량 제어부재에 있어서,
    상기 유량 제어부재(4")는 가스 압력하에 탄산 음료 또는 유체를 임시로 저장하기 위한 손잡이식 유체 용기(1")와,
    상기 용기(1")에 밀폐적으로 설치된 상부 덮개(3")와,
    상기 용기(1")의 내측으로 튀어나온 밸브 홀더(14")를 갖는 하우징(9")과,
    상기 하우징(9")에 의해 지지되며 스프링(32")에 의해 탄성력을 받는 밸브(11") 및 인버티드(inverted) 멤브레인(8")을 포함하되,
    상기 밸브(11")는 상기 인버티드 멤브레인(8")에 연결되어 있어 상기 인버티드 멤브레인(8")의 이동에 따라 함께 이동하고,
    상기 인버티드 멤브레인(8")은 일체로 위쪽으로 돌출되게 형성된 돌출 튜브(26")를 가지며, 상기 돌출 튜브(26")와 연통되도록 중앙이 관통되어 있고,
    상기 인버티드 멤브레인(8")은 상기 밸브(11")의 유동 면적보다 큰 유효 표면적을 가지며,
    상기 돌출 튜브(26")를 통해 흡입할 때, 상기 인버티드 멤브레인(8")이 상기 밸브(11")를 아래쪽으로 밀어서 밸브 홀더(14")가 개방되고,
    흡입력이 정지되었을 때, 상기 인버티드 멤브레인(8")은 스프링(32")에 의해 탄성력을 받는 밸브(11")에 의해 그 원래 위치로 복귀하여 밸브 홀더(14")가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 유출 방지 유량 제어부재.
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