KR100217209B1 - 차량용 냉온수기 겸 냉온장고 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 내에서 물과 음식물을 가온 및 냉각시키는 냉온수기 겸 냉온장고에 관한 것이다. 차량에 적합하도록 냉장고와 냉수기, 온장고와 온수기를 하나의 기기로 통합한 것으로, 냉각성능과 가열성능을 빠른 시간 내에 최대로 발휘하며, 시스템 규모가 최소화되고, 전력소모가 적도록 한 것이다. 가온수단으로 하는 할로겐 램프(4)가 설치된 냉온장실(2)과, 냉수탱크(6)와, 히터(11) 부착의 온수탱크(9), 그리고 수납가능한 물보충탱크(14)를 본체(1)에 일체로 설치하고, 팽창밸브(18)와 압축기(17) 사이에 2개의 증발기(5,8)를 병렬로 연결한 냉각회로를 본체(1) 내에 설치하며, 한쪽 증발기(5)는 냉온장실(2)에, 다른쪽 증발기(8)는 냉수탱크(6)에 각각 설치하고, 물보충탱크(14)에서 냉수탱크(6)와 온수탱크(9)로 이어지는 급수회로 중에 정수기(19)를 설치한 것이다.

Description

차량용 냉온수기 겸 냉온장고

본 발명은 복수의 증발기를 갖는 냉각장치와, 할로겐 램프와 열선을 갖는 가열장치, 그리고 정수기를 이용하여 차량 내에서 물과 음식물을 가온 및 냉각시키는 차량용 냉온수기 겸 냉온장고(A Cabinet for Cooling and Heating of Water and Foods for Vehicle)에 관한 것이다.

대형 버스 등에는 냉장고를 설치한 것이 있다. 이 냉장고는 대부분 약 40ℓ정도의 용량을 갖는 것으로서, 장거리 여행시에 승객이 취음할 수 있도록 하기 위하여 주로 물을 담은 통이나 캔, 병 등의 음료수를 넣어 두도록 한 것이다. 이 냉장고는 배터리 전원을 인버터로 변환하여 압축기를 작동시키도록 한 것으로, 냉각회로는 기본적으로 압축기-증발기-팽창밸브-응축기의 구조로 되어 있고, 이 과정에서 냉매를 기체-액체-기체-액체의 두 상의 회로 속을 순환시켜 냉각작용을 하도록 한 것이다.

그리고 가정이나 사무실 등에서 일반적으로 사용하는 AC용의 냉온수기는 상기와 같은 냉각회로를 이용하여 한쪽 물탱크의 물을 냉각시키고, 다른쪽 물탱크의 물은 시즈 히터 또는 열선을 이용하여 가열시키고 있었다.

본 발명에서 이루고자 하는 목적, 즉 냉온장고와 냉온수기를 하나로 통합하여 차량에 적용하기 위해서는 몇가지 극복되어야 할 과제가 있다. 그것은 첫째, 차량의 설치공간이 좁기 때문에 기기의 부피가 최소화해야 되도록 하여야 하는데, 이렇게 하기 위해서는 냉각시스템 자체가 간단하면서 그 냉각효율을 최대로 살릴 수 있어야 한다. 둘째, 입력전원이 직류이므로 소요전력이 최소화되어야 배터리의 방전량을 줄일 수 있다. 이를 위해서는 냉각장치와 가열장치의 전력소모가 최소화되도록 하여야 한다.

그러나, 상기한 냉장고와 냉수기는 각각 원형 단면의 동파이프(copper pipe)를 재료로 하는 증발기를 냉장고 또는 냉수기 벽에 근접되도록 설치하고 있기 때문에 열교환면적이 좁아 상대적으로 그 소요되는 냉매량이 많고, 이에 따라 압축기의 전동기 마력이 증대되어 전력소모량이 많으며 냉각시간도 비교적 많이 소요되는 문제가 있었다. 따라서, 이와 같은 기존의 냉각장치를 냉장고와 냉수기 양쪽에 따로 따로 설치하게 되면 그 냉각시스템의 규모가 커지기 때문에 냉각효율이 떨어지고, 전력소모량이 많아 배터리의 방전이 심화되며, 2조의 냉각장치를 필요로 하므로 기기의 부피가 커져서 차량에 적용하기 위한 냉수기와 냉장고의 통합은 불가능하다.

또, 온장고와 온수기에 있어서도 기존의 방법으로는 상기와 같은 냉장고 및 냉수기와 함께 통합하는데 한계가 있다. 기존의 가정 또는 사무실용의 온장고와 온수기는 각각 시즈 히터 또는 열선을 사용하고 있는데, 이러한 가열장치는 누전성이 높고, 교체성이 떨어지며, 전력소모가 많아 전기요금이 과다하고, 발열시간이 많이 소요되는 문제가 있기 때문에 상기한 냉각장치와 함께 차량에 적용할 수 없게 되는 것이다.

본 발명의 목적은 차량에 적합하도록 냉장고와 냉수기, 온장고와 온수기를 하나의 기기로 통합하는데 있는 것으로, 냉각성능과 가열성능을 빠른 시간 내에 최대로 발휘하며, 시스템 규모가 최소화되고, 전력소모가 적도록 하기 위한데 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 냉각회로와 급수회로를 나타낸 전체시스템도.

도 2는 그 주요부의 배치상태를 예시한 내부 약구성도.

도 3a는 본 발명의 일 실시예의 증발기 구성도.

도 3b는 그 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 증발기 구성도.

도 5은 본발명의 실시예의 냉온수기 겸 냉온장고 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 본체 2 : 냉온장실

4 : 할로겐 램프 5,8,501,801 : 증발기

6 : 냉수탱크 9 : 온수탱크

11 : 히터 14 : 물보충탱크

15 : 가압펌프 16 : 증발기

17 : 압축기 18 : 팽창밸브

19 : 정수기 20,21a,21b : 전자밸브

22 : 냉매통로 23 : 요철판

24 : 평판 802 : 냉매

803 : 중공체 804 : 냉매파이프

R : 냉각장치 W : 물

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 가온수단(可溫手段)으로 하는 할로겐 램프가 설치된 냉온장실과, 냉수탱크와, 히터 부착의 온수탱크, 그리고 수납가능한 물보충탱크를 본체에 일체로 설치하고, 팽창밸브와 압축기 사이에 2개의 증발기를 병렬로 연결한 냉각회로를 상기 본체 내에 설치하며, 상기 한쪽 증발기는 상기 냉온장실에, 상기 다른쪽 증발기는 상기 냉수탱크에 각각 설치하고, 상기 물보충탱크에서 상기 냉수탱크와 상기 온수탱크로 이어지는 급수회로 중에 정수기를 설치한 것이다.

상기 냉온장실 내에 설치되는 할로겐 램프는 발열에 의하여 가온효과를 얻기 위한 것으로, 전류량을 조절하여 온도제어할 수 있도록 하며, 그 빛에 의하여 냉온장실의 조명효과도 갖고 있다.

상기에서 냉각회로는 상기한 2개의 증발기 외에 압축기와 응축기, 그리고 팽창밸브를 증발기-압축기-응축기-팽창밸브의 냉매순환경로를 이루도록 한 것으로, 상기 응축기와 팽창밸브 사이에는 냉매 중의 수분과 이물질을 제거하는 모세관(또는 리시버 드라이어)을 포함한다. 그래서 증발기의 냉매는 외부에서 열을 흡수하여 증발해서 증기로 되고, 압축기에서는 증발기에서 보내지는 저압저온의 증기를 흡입하여 피스톤으로 압축해서 고압고온의 과열증기로 만들며, 응축기는 압축기에서 압송된 증기는 공냉에 의하여 액화한다. 그리고 응축기에서 액화된 액체 냉매는 팽창밸브에서 교축작용에 의하여 분무상의 저항액체 냉매로 만들어 증발기로 보내는 일반적인 기능들을 한다.

또한, 상기 2개의 증발기 중에서 냉온장실쪽의 증발기는 전자밸브를 이용하여 냉매유로를 차단시켜 주므로서 냉수탱크쪽의 증발기만이 작동되도록 밸브조작할 수 있다.

상기 냉온장실과 상기 냉수탱크에 설치되는 증발기는 냉매통로가 판에 일체로 형성되는 판상 구조로 구성시킨 것이다. 이렇게 하는 이유는 냉매량을 줄이면서 열교환면적을 확대하여 냉각효율을 증대시키고, 압축기의 전동기가 적은 마력으로도 구동될 수 있어 전력소모량을 줄이며, 동시에 냉각시스템을 콤팩트화시킬 수 있기 때문이다. 그래야만 본 발명에서 추구하는 소정의 목적을 달성할 수 있다.

또, 상기에서 냉수탱크에 설치되는 증발기는 상기 판상 구조의 증발기 외에 봉상 구조로 구성할 수도 있다. 이 경우에는 열을 흡수하면 증발하는 액화열매체인 냉매를 봉상 구조체의 내부에 넣고, 별도의 냉매파이프가 그 냉매 중으로 지나가도록 하여 이중으로 열교환작용을 하도록 한 것으로, 이때의 증발기는 수중에 있도록 하여야 하는 것이다. 그래서 수중의 열이 봉상 구조체 내부의 냉매에 의하여 먼저 열교환되고, 이 열교환 과정에서 흡수된 열은 냉매파이프로 지나가는 냉매에 의하여 다시 열교환되는 것을 반복하게 되므로 냉수탱크의 수온은 급속하게 하강한다.

상기와 같이 증발기가 설치되는 냉온장실 내에는 앞서 언급한 바와 같이 가온수단인 할로겐 램프가 설치되어 있기 때문에 냉각과 가온을 선택적으로 할 수 있어야 한다. 이를 위해 냉온장실에는 전기적인 조작에 의하여 냉각과 가온을 할 수 있는 2개의 모드를 설정하여야 한다.

그리고, 상기한 급수회로는 물보충탱크-가압펌프-정수기로 이어지고, 정수기에서 다시 냉수탱크와 온수탱크로 이어지는 물순환경로를 말하는 것으로, 가압펌프에 의하여 물보충탱크 내의 물을 정수기로 보내면 정수기에서 여과가 이루어진 후 상기 냉수탱크와 상기 온수탱크로 공급되도록 한 것이다. 온수탱크에 부착되는 히터는 전류량을 제어하므로서 물의 온도를 조절할 수 있고, 상기 정수기는 교체가능한 여과필터가 내장된 것이다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 따라, 냉온장고가 냉각모드로 선택될 때에는 냉각장치가 작동되어 증발기가 열교환을 하므로서 냉온장고 내가 냉각된다. 반면, 냉온장고를 가온모드로 선택할 때에는 할로겐 램프가 발열하면서 냉온장고 내가 가온된다. 그리고 냉수탱크는 냉각장치의 작동에 따라 증발기의 열교환에 의하여 물이 냉각되고, 온수탱크는 히터의 가열에 의하여 물이 가열되며, 물보충시에는 가압펌프에 의하여 물보충탱크로 부터 압송되는 물이 정수기에 의하여 여과된 후에 냉수탱크와 온수탱크에 공급된다.

본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 냉각회로와 급수회로를 동시에 나타낸 것이고, 도 2는 그 주요부의 배치상태를 나타낸 것이며 도 5는 냉온수기 겸 냉온장고의 사시도를 나타낸 것으로, 냉온장실(2)은 본체(1)의 좌측 상부에 설치되어 있으며, 여닫이식의 도어(3) 내부에는 할로겐 램프(4)와 증발기(5)가 설치되어 있다. 냉수탱크(6)는 본체(1)의 우측 상부에 설치되어 있으며, 상면에는 점검도어(7)가 개폐가능하게 설치되어 있고, 측벽에는 증발기(8)가 설치되어 있다. 온수탱크(9)는 냉온장실(2)과 냉수탱크(6)의 중간에 위치하는 것으로, 상면에는 점검도어(10)가 개폐가능하게 설치되어 있고, 측벽에는 히터(11)가 부착되어 있다. 이러한 냉수탱크(6)와 온수탱크(9)에는 각각 수전(12a,12b)이 설치되어 본체(1)의 외부에서 조작할 수 있도록 하고 있고, 이 수전(12a,12b)의 밑에는 물받이(13)가 설치되어 있다. 물보충탱크(14)는 냉온장실(2)의 하부에서 전후방향으로 수납가능하게 설치된 것으로, 가압펌프(15)가 일측에 독립되게 설치되어 있다. 본체(1) 하부의 우측 내에는 응축기(16)와 압축기(17) 및 팽창밸브(18)를 포함하는 냉각장치(R)가 설치되어 있고, 정수기(19)는 가압펌프(15)와 함께 물보충탱크(14)와 냉각장치(R)의 사이에 설치되어 있다.

그리고 냉각회로에서 팽창밸브(18)의 출구는 냉온장실(2)과 냉수탱크(6)에 각각 설치된 증발기(5,8)와 연결되는데, 냉온장실(2)쪽의 회로 중에는 전자밸브(20)를 설치하여 냉온장실(2)의 사용여부에 따라 선택적으로 개폐시킬 수 있도록 한 것이다. 또 각각의 증발기(5,8)와 압축기(17) 간에도 전자밸브(21a,21b)를 설치하여 냉온장실(2)과 냉수탱크(6)쪽의 증발기(5,8)가 오버 차지(overcharge)될 때에 냉매유로를 차단시켜 주도록 하고 있다. 도 1에서는 응축기(16)와 팽창밸브(18)의 사이에 있는 모세관(또는 리시버 드라이어)의 도시를 생략하고, 이하에서 그 설명도 생략한다.

상기 증발기(5,8)는 도 3a 및 도 3b에서 보는 바와 같이 반원형 단면으로 이루어진 냉매통로(22)를 지그재그로 돌출시킨 요철판(23)의 저면에 평판(24)을 용접시킨 판상 구조로 이루어져 있다. 이 증발기(501)는 스테인리스 스틸재질의 평판(24) 위에 스테인리스 스틸재질의 가공된 요철판(23)을 놓고 알곤용접기로 평면용접한 것이다. 미설명부호 25a,25b는 냉온장실의 냉온모드 전환을 비롯하여 온도조절과 그 디스플레이를 포함하는 전기제어를 위한 콘트롤 패널이다.

따라서, 평상시에는 냉수탱크(6)와 온수탱크(9)가 가동되도록 하고 있기 때문에 냉수탱크(6) 또는 냉온장실(2)은 증발기(5,8)-압축기(17)-응축기(16)-팽창밸브(18)의 냉매순환경로를 따라 냉매가 기체-액체의 상변화를 계속하면서 열교환하게 된다. 즉, 증발기(5,8)의 냉매는 외부에서 열을 흡수하여 증발해서 증기로 되고, 압축기(17)에서는 증발기(5,8)에서 보내지는 저압저온의 증기를 흡입하여 피스톤으로 압축해서 고압고온의 과열증기로 만들며, 응축기(16)는 압축기(17)에서 압송된 증기를 공냉에 의하여 액화한다. 그리고 응축기(16)에서 액화된 액체 냉매는 팽창밸브(18)에서 교축작용에 의하여 분무상의 저항액체 냉매로 만들어 증발기(5,8)로 보낸다. 이에 따라 냉수탱크(6)의 물은 5℃로, 냉온장고(2) 내의 음식물은 5∼10℃로 냉각된다.

실제에 있어, 증발기(5,8)를 상기와 같이 판상 구조의 증발기(501)로 했을 경우, 열교환면적이 늘어나기 때문에 냉매량은 1/2정도 줄어들고, 냉각시간이 단축되며, 직류전동기에 의한 압축기의 사용에 의하여 인버터전력을 쓰지 않으므로 1/10마력을 갖게 되고, 이러한 복합적인 요인 때문에 기존의 동파이프에 비하여 4∼6배의 냉동효과가 증대되고 소요동력이 절감되는 것으로 나타났다.

물론 온수탱크(9) 내의 물은 히터(11)의 가열에 의하여 95℃로 가열된다. 그리고 냉수탱크(6)와 온수탱크(9)의 물이 부족할 때에는 가압펌프(15)에 의하여 물보충탱크(14) 내의 물이 보충된다. 냉수탱크(6)와 온수탱크(9) 내의 물부족을 자동적으로 인지하기 위하여 그 각각에 수위감지센서(미도시)를 설치하여야 한다. 이 수위감지센서의 수위감지에 따라 가압펌프(15)가 물부족시에 수시로 작동된다. 물보충탱크(14)의 물은 정수기(19)를 거쳐 여과된 후에 냉수탱크(6)와 온수탱크(9)에 공급된다.

한편, 냉온장실(2)을 냉각모드에서 가온모드로 전환한 경우에는 할로겐 램프(4)가 점등되는데, 이 할로겐 램프(4)는 냉온장실(2)의 가온은 물론 조명도 겸하고 있다. 예컨데, 50W의 할로겐 램프로 유지할 수 있는 냉온장실(2)의 내부온도는 60℃±5℃이다.

도 4는 증발기(5,8)의 다른 실시예를 나타내고 있는 것으로, 이 증발기(801)는 냉수탱크(6)의 중앙에 수장되도록 설치할 수 있는 봉상 구조를 취하고 있다. 이 증발기(801)는 내부에 열교환가능한 냉매(802)가 채워지고 외면에 물(W)이 접촉할 수 있는 중공체(803)를 구비하며, 냉매파이프(804)를 코일형상으로 형성시켜 상기 중공체(803) 내에 삽입시킨 것이다.

따라서, 냉각장치의 작동시에 중공체(803) 내의 냉매(802)가 포화증기로 변하면서 물의 열을 흡수하고, 냉매파이프(804)를 따라 들어오는 냉매가 다시 중공체 (803)내의 냉매(802) 열을 흡수하여 중공체(803) 내의 포화증기가 응축하여 액화되는 2중 열교환작용을 계속하므로 냉각탱크(6) 내의 물은 급속하게 냉각된다.

이와 같은 본 발명은 특히 증발기를 열교환면적이 증가되면서 부피가 작아진 판상 구조 또는 물과 직접 접촉하면서 2중의 냉매가 열교환작용을 동시에 수행하는 봉상 구조로 하여 하나의 냉각시스템에 병렬로 연결하면서 DC로 작동될 수 있도록 하므로서, 냉각장치의 규모가 축소되면서 냉각시간을 단축하고, 전력소모량과 소요냉매량이 절감되며, 냉각효과가 기존에 비하여 4∼6배 증가(증발기 1대 기준)하는 효과가 있다. 또 자동급수되는 물을 정수시킬 수 있어 위생적이며, 할로겐 램프를 이용하여 온장효과를 얻을 수 있어 누전성과 교체성이 향상되며, 전기소모량이 낮아지고 발열시간이 단축되며 가온모드일 때 냉온장실의 조명도 기할 수 있는 등의 효과가 있다. 그러므로, 비교적 부피와 전력소모량이 적으면서 냉수기와 냉장고, 온수기와 온장고의 통합된 기능을 차량 내에서 충실히 수행할 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 가온수단으로 하는 할로겐 램프가 설치된 냉온장실과, 냉수탱크와, 히터 부착의 온수탱크, 그리고 수납가능한 물보충탱크를 본체에 일체로 설치하고, 팽창밸브와 압축기 사이에 2개의 증발기를 병렬로 연결한 냉각회로를 상기 본체 내에 설치하며, 상기 한쪽 증발기는 상기 냉온장실에, 상기 다른쪽 증발기는 상기 냉수탱크에 각각 설치하고, 상기 물보충탱크에서 상기 냉수탱크와 상기 온수탱크로 이어지는 급수회로 중에 정수기를 설치한 것을 특징으로 하는 차량용 냉온수기 겸 냉온장고.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉온장실과 상기 냉수탱크에 설치되는 증발기는 반원형 단면으로 이루어진 냉매통로를 지그재그로 돌출시킨 요철판의 저면에 평판을 용접시킨 판상 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 냉온수기 겸 냉온장고.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉수탱크에 설치되는 증발기는 내부에 열교환가능한 냉매가 채워지고 외면에 물이 접촉할 수 있는 중공체를 구비하며, 냉매파이프를 코일형상으로 형성시켜 상기 중공체 내에 삽입시킨 것을 특징으로 하는 차량용 냉온수기 겸 냉온장고.

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