KR101400179B1 - 이중냉각구조의 급속냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 급냉되는 냉수의 내부순환방식을 적용시킨 이중냉각구조의 급속냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물순환관을 중심으로 냉각조 내부에 이중구조로 배치된 차가운 냉매관의 공간 사이로 냉수가 순환되면서 지속적으로 접촉될 수 있어 순간적인 급속냉각이 가능하도록 한다. 이와 같은 효과를 제공할 수 있는 본 발명은 기본적으로 냉수(냉각수, 55)가 냉매와 별도로 구별되어 순환되도록 상측에 순환펌프(50)가 설치된 냉각조(10)와, 상기 순환펌프(50) 양쪽방향으로 배출되는 냉수(냉각수)가 상기 냉각조(10) 내부공간을 순환하면서 저부쪽을 통해 유입되어 순환펌프로 복귀되도록 상기 순환펌프(50) 아래 수직방향으로 설치된 물순환관(52)과, 상기 물순환관(52)을 중심으로 상기 냉각조(10)의 내부공간에 대해 안쪽과 바깥쪽 이중으로 설치되어 압축기(60)로부터의 냉매가스가 안쪽의 내부냉매관(20a)을 통해 바깥쪽의 외부냉매관(20b)을 거쳐 상기 압축기(60)로 순환되도록 상기 물순환관(52) 바깥쪽의 내부공간에 설치된 내,외부냉매관(20a)(20b)과, 이들 내,외부냉매관(20a)(20b) 사이로 설치되어 상기 내,외부냉매관의 차가운 냉매가스와 함께 상기 냉각조(10)를 순환하면서 차가워지는 냉수(냉각수)와도 접촉되어 내부의 해당 음료수가 순간 급속냉각되는 음료관(30)과, 상기 순환펌프(50)로 냉수(55)가 공급되거나 또는 직접 상기 냉각조(10)의 내부공간으로 냉수가 공급되어 이중구조의 상기 내,외부냉매관(20a)(20b)의 차가운 냉매와 열교환되어 급속냉각되는 생수관(40)을 포함한다.

냉각조, 내,외부냉매관, 음료관, 음료용기, 생수관, 생수통, 순환펌프

Description

이중냉각구조의 급속냉각장치 {Rapid cooling device of a double cooling structure}

본 발명은 급냉되는 냉수의 내부순환방식을 적용시킨 이중냉각구조의 급속냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물순환관을 중심으로 냉각조 내부에 이중구조로 배치된 차가운 냉매관의 공간 사이로 냉수가 순환되면서 지속적으로 접촉될 수 있어 순간적인 급속냉각이 가능하도록 한 이중냉각구조의 급속냉각장치에 관한 것이다.

통상 냉수기 또는 냉온수기는 기본적으로 깨끗한 직수(원수)나 별도의 필터를 통해 깨끗하게 정화된 정수를 냉수조(저수조) 또는 온수조(저수조)로 유입시켜, 해당 배수꼭지의 개폐 조작을 통해 차가운 냉수나 또는 뜨거운 온수상태로 배출될 수 있도록 구성되고 있다.

특히 냉수조에 저장되는 정수에 대해 최대한 빠른 시간 내에 냉각상태가 이루어져 유지될 수 있도록 하는 냉각장치의 필요성은 너무나 중요한데, 지금까지 소 개된 냉각기술중 간접냉각방식의 경우에는 냉수조의 외측에 냉매관을 일정 길이로 감아 증발기 역할을 하도록 함으로서 상기 냉수조 내부의 물을 냉각시켰다.

그러나 이러한 간접냉각방식은 냉수조 외부로의 유출수 만큼 상기 냉수조로의 유입수가 증가함에 따라 냉수조 내부의 물은 저수조의 용량에 따라 약간의 있으나, 유입수와 유출수가 상호 혼합되어 수온이 급격히 상승할 뿐만 아니라 간접냉각방식으로 인해 근본적으로 상기 냉수조의 내부와 외부, 상부와 하부의 온도에 있어 수온의 편차가 발생된다는 문제점이 있었다.

또한 간접냉각방식의 한계를 개선하기 위해 소개된 직접냉각방식의 경우를 보면, 냉수조 내부에 냉매관이 삽입된 냉각봉(흡열실린더)을 장착하여 정수된 냉수조의 물이 상기 냉각봉에 의해 직접 열교환되어 냉각될 수 있도록 하는데, 이는 간접냉각방식과는 달리 냉매관으로부터 전달되는 냉각열을 모두 이용할 수 있기 때문에 상대적으로 간접냉각방식보다는 냉각효율이 높다고 할 수 있다.

그러나 지금까지의 이러한 직,간접냉각방식 모두 냉수조의 냉각된 물을 짧은 시간 내에 다량 유출시킬 경우, 미처 냉각되지 않은 미지근한 물이 유출될 수밖에 없는 냉각구조의 한계가 극복되지 못하고 있는 실정이다. 왜냐하면 물이 저장되는 냉수조의 대부분의 공간에 중앙 수직방향의 냉각봉을 기준으로 나선형의 다수층으로 돌출된 수평방향의 냉각판에 의한 직접적인 냉각기능에 한계가 있었다.

즉, 기존에는 대부분이 냉수조 내부나 외부에 냉매관을 넣거나 감아서 물을 냉각시키고 있는데, 이러한 기술수준의 냉각장치로는 냉매관이 접촉하는 분에만 냉각효과가 나타나기 때문에 구조적으로 냉수의 량이 적을 수밖에 없고, 또한 다시 물을 냉각시키는 시간이 길어지는 한계를 가지고 있어 과도한 에너지가 낭비됨에 따라 결국 에너지효율도 낮을 수밖에 없다.

한편, 이러한 사정을 감안하여 본 출원인에 의해 기출원되어 등록결정된 특허 제10-0770093호(다면연속 균일급속 냉각장치)의 경우을 보면, 개략적으로 냉매가 통과순환되는 냉매관이 냉수조의 냉각봉 내부에 설치되면서 상기 냉각봉 외부로는 물의 물의 흐름을 분산시키는 분리판이 일정간격으로 설치된 냉각장치에 있어서, 상기 냉각봉 내부에는 냉매의 유로가 연속되는 수직방향의 냉매관과 와류방향의 냉매관이 일체로 설치되고, 상기 냉각봉의 와류방향 냉매관의 하단이 상기 냉각봉 외부의 분리판을 따라 배설된 냉매관과 일체 연결되도록 구성하고 있다.

이와 같은 본 출원인의 선행 특허기술은 차가운 냉매가 순환되는 냉매관이 냉각봉 내부 및 냉수조 내부공간에 전체적으로 골고루 위치될 수 있도록 함으로서, 냉수조로 유입되는 정수된 물을 냉매관의 냉매와 직접 연속적으로 다면 접촉되면서 짧은 시간에 급속냉각될 수 있도록 할 수는 있으나, 순수한 물이 아닌 음료나 주유와 같은 음용수의 경우 즉석에서 냉각시켜 음용할 수 있어야 하는데 구조적으로 음용수를 통과시켜 냉각시킬 수 있는 냉각구조가 제공되지 못한다는 한계가 있다.

또한 급속냉각기술을 구현하기 위한 구체적인 구성수단이 비교적 복잡하고 어느 정도 큰 냉각공간을 필요로 하고 있으며, 특히 냉수조 내에 냉내가 공급 순환되는 냉각조가 구성되어야만 정상적인 냉동사이클에 의한 급속냉각방식이 구현될 수 있기에, 구성 자체의 크기가 크면서 설치장소(공간)가 비교적 클 수밖에 없는 구조적인 한계의 개선이 필요하였다.

따라서 종래 기술은 냉수의 순환을 냉각조(냉각로) 외부에서 내부로 지속적으로 순환시켜 냉각을 하여 비교적 많은 양의 냉각수를 급속냉각시킬 수 있도록 하였으나, 본 발명은 설치장소가 협소하거나 많은 양의 냉각된 냉각수나 음료수가 필요하지 않을 경우에 맞춰 소형 경량화시킨 냉각기술로서 급냉되는 냉수의 내부순환방식을 적용시킨 새로운 이중냉각구조의 급속냉각장치를 제공하고자 하는바, 특히 냉각조 가운데 구성시킨 물순환관을 중심으로 냉각조 내부 공간에 이중구조로 배치된 차가운 냉매관의 공간 사이로 냉수가 순환되면서 지속적으로 접촉될 수 있도록 함으로서 순간적인 급속냉각이 가능한 이중냉각구조의 급속냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.

특히 설치장소가 협소하거나 많은 양의 냉각 음료수가 필요하지 않을 경우에 맞춰 소형 경량화시킨 냉각구조의 기술로, 모든 순환이 냉각로(냉각조) 내부에서 이루어지면서 이중 냉매관 설치로 인한 냉각효율을 획기적으로 높일 수 있도록 하며, 나아가 작업공정을 단순화하였고, 부품수를 적게 하여 생산성 및 제작공임을 낮출 수 있는 경제성을 갖는 이중냉각구조의 급속냉각장치를 제공함에도 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이중냉각구조의 급속냉각장치는, 기 본적으로 냉수(냉각수)가 냉매와 별도로 구별되어 순환되도록 상측에 순환펌프가 설치된 냉각조와, 상기 순환펌프 양쪽방향으로 배출되는 냉수(냉각수)가 내부공간을 순환하면서 저부쪽을 통해 유입되어 상기 순환펌프로 복귀되도록 상기 순환펌프 아래 수직방향으로 설치된 물순환관과, 상기 물순환관을 중심으로 상기 냉각조의 내부공간에 대해 안쪽과 바깥쪽 이중으로 설치되어 압축기로부터의 냉매가스가 안쪽의 내부냉매관을 통해 바깥쪽의 외부냉매관을 거쳐 상기 압축기로 순환되도록 상기 물순환관 바깥쪽의 내부공간에 설치된 내,외부냉매관과, 이들 내,외부냉매관 사이로 설치되어 상기 내,외부냉매관의 차가운 냉매가스와 함께 상기 냉각조를 순환하면서 차가워지는 냉수(냉각수)와도 접촉되어 내부의 해당 음료수가 순간 급속냉각되는 음료관과, 상기 순환펌프로 냉수가 공급되거나 또는 직접 상기 냉각조의 내부공간으로 냉수가 공급되어 이중구조의 상기 내,외부냉매관의 차가운 냉매와 열교환되어 급속냉각되는 생수관을 포함하여 제품 구성된다.

특히, 순환펌프는 외부로부터의 생수통과 연결된 생수관을 통해 냉수가 공급되어 순환되거나 또는 상기 생수관을 통한 냉수의 공급없이 직접 생수가 충진되어 냉각조의 내부공간을 순환하는 것중 어느 하나가 적용되는 구성을 이룬다. 또한 생수관과 별도로 해당 음료의 음료관은 상기 생수관과 별도로 냉각조 내부공간의 내,외부냉매관 사이로 설치되어 상기 냉각조 외부의 기기 본체에 노출된 해당 음료출구와 연결되는 구성관계를 기술적 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이중냉각구조의 다면균일 순환급속 냉각장치는, 냉각조 가운데 구성시킨 물순환관을 중심으로 냉각조 내부 공간에 이중구조로 배치된 차가운 냉매관의 공간 사이로 냉수가 순환되면서 지속적으로 접촉될 수 있도록 함으로서 순간적인 급속냉각이 가능하도록 한다. 이는 특히 설치장소가 협소하거나 많은 양의 냉각 음료수가 필요하지 않을 경우에 맞춰 소형 경량화시킨 냉각구조의 기술로, 모든 순환이 냉각로(냉각조) 내부에서 이루어지면서 이중 냉매관 설치로 인한 냉각효율을 획기적으로 높일 수 있도록 하며, 구조적으로 작업공정을 단순화하였고 부품수를 적게 하여 생산성 및 제작공임을 낮출 수 있어 경제성까지도 제공할 수 있는 작용효과가 있다.

또한 인테리어 지향의 이미지, 차별화 및 가정과 업소에 고급 제품으로서의 품격, 다양한 기능과 편리성을 추구하는 유저 인터페이스(User Interface)를 지향할 수 있으며, 미적 측면과 미래지향의 감성적 외관을 추구할 수 있을 뿐만 아니라, 가정(Home)과 매장(Shop)의 모든 영역에서 어플리케이션(Application)이 가능한 소형의 급속냉각기 제품으로서 그 활용범위가 기대된다.

나아가 음료관은 통한 즉석에서의 음료수를 냉각시킬 수 있는 기본적인 기능과 함께, 음료수를 냉각시키는데 사용되는 냉각수 자체까지도 통상의 냉각장치(냉온수기)의 기본기능인 냉각수 음용까지도 제공할 수 있는 다양한 효과가 제공될 수 있는바, 이는 결과적으로 음료수를 병단위로 냉장보관하는 번거로움을 없앨 수 있을 뿐만 아니라 즉석에서 다양한 음용수를 양에 제한됨이 없이 신속하고 지속적으로 냉각시켜 편리하게 음용할 수 있는 새로운 냉각장치로서 그 활용이 기대된다 할 수 있다.

이하, 본 발명의 이중냉각구조의 급속냉각장치의 구성관계 및 작동원리를 첨부한 바람직한 실시예의 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명의 급속냉각장치가 작동될 수 있도록 하는 실제 제품에서의 전원부나 제어부 및 감지부 등의 구체적인 구성관계는 도면 및 설명 편의상 생략한다. 아울러 본 발명의 구성 설명에 있어 편의상 냉각조 내부로 공급 순환되어 내,외부냉매관에 의해 열교환되어 냉각처리되는 생수는 냉수 및 냉각수로 혼용하여 사용되며, 압축기로부터의 냉동사이클상의 냉매는 냉매가스로도 혼용해서 사용한다.

참고로 전세계적으로 모든 주류나 음료수(특히 탄산음료) 업체가 가지고 있는 고민은 해당 음료의 고유한 맛에 맞는 적당한 온도가 필요한데, 이를 해결할 방법이 없다는 것이라 할 수 있다. 생맥주를 냉각시키는 Hi-Penser 기기를 이용하면 가능하다. 그러나 이 제품은 업소용으로만 사용할 수밖에 없다.

고용량의 압축기를 사용하므로 에너지 소모가 많고, 소음, 진동, 고장 및 에너지 소모가 많으며, 또한 아무리 컴팩트화 한다 하여도 가정에서는 사용하기가 곤란하다는 문제가 있다. 그러나 현재와 같이 담수식으로는 차거나 뜨겁게 하면 맛과 향이 없어지기 때문에 경우에 따라 어쩔수 없이 그냥 사용하거나 포기할 수밖에 없었다.

그러나 급냉되는 냉수의 내부순환방식을 적용시킨 본 발명의 급속냉각장치는 고효율 저소음의 컴팩트형 순간 냉각장치로서 이중냉각구조의 다면균일 냉각기술이다. 이러한 본 발명의 급속냉각장치는 도 2의 제품 예시도에서 보는 것처럼, 단일의 급속냉각장치인 냉각기에서 멀티 코크(배수꼭지)를 10개 이상 적용시키더라도 해당 음료수별로 각각 온도차가 있게 할 수 있는 냉각구조이다.

도 1은 본 발명 이중냉각구조의 급속냉각장치가 구현되는 기본 작동원리의 이해를 돕고자한 내부구조를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 이중냉각구조의 급속냉각장치를 적용시킨 직결식 순간 냉온디스펜서를 예시한 것이다.

본 발명의 차가운 냉매가스와 함께 냉각수가 순환하는 내부 순환방식의 이중냉각구조인 급속냉각장치는 도 1의 개략적인 작동구조 도면에서 보는 것처럼, 기본적으로 냉수(냉각수, 55)가 냉매가스와 별도로 구별되어 순환되도록 상측에 순환펌프(50)가 설치된 단일의 냉각조(10)기 냉각장치로서 구성된다.

그리고 순환펌프(50)을 통해 양쪽방향으로 배출되는 냉수(냉각수)가 냉각조(10) 내부공간을 순환하면서 저부쪽을 통해 유입되어 다시 상기 순환펌프(50)로 복귀되도록, 상기 순환펌프(50)의 아래 수직방향으로 물순환관(52)이 설치되며, 상기 물순환관(52)을 중심으로 냉각조(10)의 내부공간에 대해 안쪽과 바깥쪽 이중으로 내,외부냉매관(20a)(20b)이 설치되는데, 이들 내,외부냉매관(20a)(20b)은 당연히 상기 냉각조(10) 외부에 별도로 설치된 압축기(60)로부터 냉동사이클상의 냉매가스가 먼저 상기 물순환관(52)쪽에 스프링 형태로 배설된 내부냉매관(20a)으로 유입되고, 계속해서 상기 내부냉매관(20b)과 연결되어 일체구조를 이루는 상기 냉각 조(10) 측벽쪽의 외부냉매관(20b)으로 공급 순환되면서 상기 압축기(60)로 다시 귀환되어 순환 공급되는 냉동사이클사의 냉매순환구조를 이룬다.

그리고 이들 내,외부냉매관(20a)(20b) 사이로 생수관(40)과 별도로 해당 음료가 통과되어 냉각되는 음료관(30)설치되는데, 이는 기본적으로 상기 내,외부냉매관(20a)(20b)을 순환하는 차가운 냉매가스와 함께 순환펌프(50)을 통해 양쪽으로 배출되어 차가워지는 냉수(냉각수)와도 상기 음료관(30)을 통과하는 해당 음료수가 구조적으로 다면접촉되어 순간적인 급속냉각이 가능하도록 한다.

특히 본 발명의 이중냉각구조의 급속냉각장치는 외부로부터의 생수관(40)을 통한 생수(냉수)의 공급 없이도, 냉각조(10) 자체의 내부공간에 채워진 냉수(55)가 순환펌프(50)에 의해 양쪽으로 배출되어 공급 순환되면서 내,외부냉매관(20a)(20b)에 의해 기본적으로 상기 냉수(55)가 자연스럽게 냉각되어 순환동작되는 이중냉각방식이며, 당연히 도 2에서와 같은 순간냉온 디스펜서에 적용시킬 경우에는 상기 냉각조(10) 내부로 음료관(30)과 별도인 생수관(40)이 연결되어 급속냉각되는 냉각수(55)가 본체 기기에 노출된 냉수출구(42)를 통해 배출될 때마다 자동적으로 상기 냉각조(10)로 공급 보충될 수 있도록 한다.

즉, 본 발명에 따른 이중냉각구조의 급속냉각장치에서는, 단일의 냉각조(10) 내부공간에 이중냉각구조로서 냉매관(20a)(20b)이 내부 및 외부 이중으로 연장 배설되고 이들 내,외부냉매관(20a)(20b) 사이로 음료관(30)이 배설되어, 상기 음료관(30)의 해당 음료수가 상기 내,외부냉매관(20a)(20b)와의 이중냉각은 물론 상기 냉각조(10) 내부공간으로 공급 순환되는 냉각수(55)와의 접촉에 따른 열교환까지도 이루어질 수 있으며, 이는 결과적으로 음료관(30)의 음료수가 이중냉각구조의 내,외부냉매관(20a)(20b)과의 열교환은 물론 냉각수(55)와의 열교환도 함께 작용됨에 따라 기존의 급속냉각장치들에서는 전혀 기대할 수 없던 순간적인 급속냉각이 확실하게 이루어질 수 있다.

그리고 상기한 것처럼, 본 발명의 이중냉각구조의 급속냉각장치가 가능하도록 냉각조(10) 내부공간 상측에 설치되어 냉수(55)가 수직방향 중간의 물순환관(52) 양쪽으로 배출 순환되도록 하는 순환펌프(50)는, 도 2의 급속냉각 디스펜서 샘플 도면에서와 같이 기기 본체 상측에 착부착 가능하게 장착되는 외부로부터의 생수통(44)과 연결된 생수관(40)을 통해 냉수(55)가 공급되어 순환되거나, 또는 상기 생수관(40)을 통한 냉수의 공급 없이 직접 냉수(55)가 충진되어 냉각조(10)의 내부공간에 채워져 순환하는 냉각방식중 적절하게 적용될 수 있다.

본 발명의 이중냉각방식이 가능한 급속냉각장치에서 미설명한 도면부호 32는 생수관(40)과 별도로 냉각조(10) 내부공간의 내,외부냉매관(20a)(20b) 사이로 설치되어 상기 냉각조(10) 외부의 기기 본체에 냉수출구(42)와 함께 노출되게 설치되는 음료출구(32)를 도시한 것이다.

한편, 본 발명의 이중냉각구조(방식)에 의한 급속냉각장치는, 구성요소중 냉동싸이클상의 냉매순환관인 내,외부냉매관(20a)(20b)을 히팅수단으로 변경 적용시킬 경우에는 이중가열구조의 다면 균일한 급속가열장치로서 즉석에서 내용물에 대해 냉각이 아닌 가열수단으로도 응용 적용시킬 수도 있다.

도 1은 본 발명 이중냉각구조의 급속냉각장치가 구현되는 기본 작동원리의 개략적인 구조도.

도 2는 본 발명에 따른 이중냉각구조의 급속냉각장치를 적용시킨 순간냉온 디스펜서 예시도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

10 : 냉각조 20a : 내부냉매관

20b : 외부냉매관 30 : 음료관

32 : 음료출구 34 : 음료용기

40 : 생수관 42 : 냉수출구

44 : 생수통 50 : 순환펌프

52 : 물순환관 55 : 냉수(냉각수)

60 : 압축기

Claims (3)

1. 기본적으로 냉수(냉각수, 55)가 냉매와 별도로 구별되어 순환되도록 상측에 순환펌프(50)가 설치된 냉각조(10)와,

   상기 순환펌프(50) 양쪽방향으로 배출되는 냉수(냉각수)가 상기 냉각조(10) 내부공간을 순환하면서 저부쪽을 통해 유입되어 순환펌프로 복귀되도록 상기 순환펌프(50) 아래 수직방향으로 설치된 물순환관(52)과,

   상기 물순환관(52)을 중심으로 상기 냉각조(10)의 내부공간에 대해 안쪽과 바깥쪽 이중으로 설치되어 압축기(60)로부터의 냉매가스가 안쪽의 내부냉매관(20a)을 통해 바깥쪽의 외부냉매관(20b)을 거쳐 상기 압축기(60)로 순환되도록 상기 물순환관(52) 바깥쪽의 내부공간에 설치된 내,외부냉매관(20a)(20b)과,

   이들 내,외부냉매관(20a)(20b) 사이로 설치되어 상기 내,외부냉매관의 차가운 냉매가스와 함께 상기 냉각조(10)를 순환하면서 차가워지는 냉수(냉각수)와도 접촉되어 내부의 해당 음료수가 순간 급속냉각되는 음료관(30)과,

   상기 순환펌프(50)로 냉수(55)가 공급되거나 또는 직접 상기 냉각조(10)의 내부공간으로 냉수가 공급되어 이중구조의 상기 내,외부냉매관(20a)(20b)의 차가운 냉매와 열교환되어 급속냉각되는 생수관(40)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이중냉각구조의 급속냉각장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 순환펌프(50)는 외부로부터의 생수통(44)과 연결된 생수관(40)을 통해 냉수(55)가 공급되어 냉각조(10)의 내부공간을 순환하게 하는 것을 특징으로 하는 이중냉각구조의 급속냉각장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 음료관(30)은 생수관(40)과 별도로 냉각조(10) 내부공간의 내,외부냉매관(20a)(20b) 사이로 설치되어 상기 냉각조(10) 외부의 기기 본체에 노출된 해당 음료출구(32)와 연결되는 것을 특징으로 하는 이중냉각구조의 급속냉각장치.

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