KR101602231B1 - 냉온정수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉온정수기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 응축기에서 나오는 냉매가 모세관에 진입하기 전에 저수조의 정수와 열교환시켜서 냉매를 과냉각시키고, 정수의 온도를 낮추어 압축기 및 히터의 소비전력을 감소시키는 효율이 향상된 냉온정수기에 관한 것이다.
본 발명은 필터와 저수조, 냉수조, 히터와 온수조를 포함하는 냉온 정수기에 있어서, 압축기, 상기 압축기와 배관을 통해 연결되는 응축기, 상기 응축기와 배관을 통해 연결되는 모세관 및 상기 모세관과 배관을 통해 연결되고 상기 압축기로 연결되는 증발기를 포함하는 냉각시스템을 포함하고, 상기 응축기와 모세관을 연결하는 배관은 연장되어 상기 저수조와 열교환하는 과냉각배관을 포함하도록 구성된다.

Description

냉온정수기{COLD AND HOT WATER PURIFIER}

본 발명은 냉온정수기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 응축기에서 나오는 냉매가 모세관에 진입하기 전에 저수조의 정수와 열교환시켜서 냉매를 과냉각시키고, 정수의 온도를 낮추어 압축기 및 히터의 소비전력을 감소시키는 효율이 향상된 냉온정수기에 관한 것이다.

냉온 정수기는 일반적인 정수기능만 있는 정수기에 냉수기 및 온수기의 기능을 추가한 구성을 가지고 있다. 보다 상세하게는 정수기의 일반적인 구성인 필터와, 온수기의 일반적인 구성인 히터, 냉수기의 일반적인 구성인 냉매에 의한 냉각시스템을 동시에 구비하고 있는 것이다.

도 1은 종래 냉온정수기의 일반적인 형상을 보여준다. 도 1에 도시되듯이, 종래 냉온 정수기는 외관을 형성하는 본체(1)와, 본체 내부 중앙에 설치되어 본체 내부로 유입되는 원수를 정제해 주는 필터(2)와, 상기 필터로부터 여과된 물을 저장해 주는 저수조(3)와, 상기 저수조에서 나온 물을 가열하는 히터(미도시)를 포함하는 온수부(4)와, 냉수를 생성하는 냉각시스템(미도시)을 포함하는 냉수부(5)와, 상기 온수부와 냉수부에 각각 연결되고 상기 본체의 외부로 돌출되어 냉수 및 온수를 취수할 수 있도록 하는 온수취수콕(7) 및 냉수취수콕(6)을 포함하여 구성되며, 각각의 구성은 수로를 형성하는 호스 및 제어를 위한 배선 등으로 상호 연결되어 있다.

이러한 냉온 정수기의 작동을 보다 상세하게 살펴보면, 필터에서 정수된 물은 저수조에 일단 저장이 된다. 저수조는 안정적인 수위를 유지하여 냉수조 및 온수조에 필요한 충분한 유량을 확보하기 위한 것이다. 저수조와 연결된 냉수조는 냉각 시스템의 증발기가 감싸고 있다. 냉각 시스템은 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기, 압축기에서 나온 고온고압의 냉매를 저온고압의 상태로 열교환하는 응축기, 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 모세관 및 모세관에서 나온 저온저압의 냉매와 정수와의 열교환과 냉매의 증발을 위한 증발기로 구성되어 있다. 따라서 증발기가 냉수조를 감싸서 냉수를 생성하게 된다.

한편 온수조는 저수조로부터 냉수조와는 다른 경로로 정수가 흐르도록 연결되어 있다. 온수조는 정수에 가열하여 온수를 생성하는 것으로 히터의 구성은 일반적으로 잘 알려져 있기 때문에 상세한 설명은 생략한다.

종래의 가정용 냉온정수기의 경우, 협소한 공간적인 제약상 응축기는 자연대류방식으로 냉각시키는 열교환기 형태를 일반적으로 가진다. 그에 따라 주변온도의 영향을 받지 않을 수 없게 되어, 주변온도가 높을 시에는 응축성능이 저하되어 필요한 정도의 냉매 상태를 유지하려면, 압축기의 소비전력이 증가되는 문제가 있었다.

또한, 응축기에서 응축된 냉매가 모세관을 통과하며 팽창하는 경우, 냉매가 동일한 액체상태인 것이 유리하다. 즉, 액체와 기체가 혼합된 경우 기체의 속도가 빨라져 압력손실이 커지게 되어 모세관의 효율이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 자연대류방식의 종래의 정수기의 경우 주변온도가 높을 때 응축기에서 충분히 응축되지 않아 모세관 입구에서 2상상태(2phase)가 되는 문제가 있다. 또한 압력손실을 줄이기 위해서는 설계 상태보다 모세관을 줄여야 하는 문제가 발생한다.

또한, 최근의 컴팩트한 정수기 설계상 저수조와 냉수조가 일체형으로 형성되는 경향이 있다. 온수조의 경우는 냉수조와 일체로 둘 수 없기 때문에 별도로 구비되며, 냉수로 냉각시키는 냉각시스템의 소비전력을 고려하여 정수의 온도를 14℃정도를 유지하고 있다. 하지만, 이러한 경우 14℃에서 가열하여 물의 끓는점 근처인 100℃ 근처의 온수를 생성하는 것은 많은 소비전력이 요구되는 문제가 있다.

따라서 본 발명에서는, 응축기에서 나온 냉매가 모세관 입구에서 충분히 냉각되어 동일한 액체상태가 될 수 있도록 하여 압축기의 소비전력을 줄이고, 모세관의 성능을 향상시키는 효율적인 냉각시스템을 구비한 정수기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서는 저수조에서 사전에 정수와 열교환하여 히터의 소비전력을 감소시킬 수 있는 효율적인 냉온정수기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 다음과 같은 구성을 제공한다.

본 발명은 필터와 저수조, 냉수조, 히터와 온수조를 포함하는 냉온 정수기에 있어서, 압축기, 상기 압축기와 배관을 통해 연결되는 응축기, 상기 응축기와 배관을 통해 연결되는 모세관 및 상기 모세관과 배관을 통해 연결되고 상기 압축기로 연결되는 증발기를 포함하는 냉각시스템을 포함하고, 상기 응축기와 모세관을 연결하는 배관은 연장되어 상기 저수조와 열교환하는 과냉각배관을 포함하도록 구성된다.

상기 과냉각배관은 상기 저수조의 둘레를 감싸도록 권선되어 열교환 하는 것을 특징으로 하도록 구성된다. 이와 같은 구성에 의해 응축기에서 나온 냉매가 모세관으로 들어가기 전에 모세관 입구에서 충분히 과냉각 될 수 있으며, 저수조의 정수 온도도 별도의 가열 수단이 없이도 온수조에 들어가기 전에 온도가 상승하여, 모세관의 효율이 상승하고 히터의 소비전력도 감소되는 효과가 발생한다. 또한 과냉각배관을 통해 응축이 가능하기 때문에 응축기의 설계시 이를 고려하여 크기를 줄일 수도 있기 때문에 컴팩트한 설계가 가능하다.

또한 본 발명의 모세관은 상기 과냉각배관과 상기 증발기 사이의 저수조에 권선되어 위치하도록 구성된다. 그에 따라 별도의 모세관을 위한 공간을 제공하지 않더라도 정수기의 컴팩트한 설계가 가능하게 된다.

또한 본 발명은 상기 저수조의 하부에 냉수조가 일체로 형성되고, 상기 저수조의 하부에는 상기 냉수조와 단절되어 온수조로 연결되는 온수배관이 포함되고, 상기 과냉각배관과 저수조의 열교환에 의해 상기 온수배관으로 진입하는 저수조 내의 정수 온도가 일정온도 이상 유지되는 것을 특징으로 하도록 구성된다.

보다 상세하게는 상기 온수배관으로 진입하는 정수 온도는 14℃이상 ~ 25℃ 이하인 것을 특징으로 하도록 구성되며, 바람직하게는 상기 온수배관으로 진입하는 정수 온도는 적어도 상기 냉수조의 입구온도보다는 높도록 구성된다.

이에 따라 온수 생성시 필요한 히터의 소비전력이 감소될 수 있다.

한편 본 발명의 냉온정수기는 저수조와 냉수조가 일체로 형성되지 않아도 가능하며, 상기 저수조의 하부에는 온수조로 연결되는 온수배관이 포함되고, 상기 과냉각배관과 저수조의 열교환에 의해 상기 온수배관으로 진입하는 저수조 내의 정수 온도가 일정온도 이상 유지되는 것을 특징으로 하도록 구성될 수 있다.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은 과냉각배관이 저수조의 둘레를 감싸도록 권선되어 열교환 하는 것을 특징으로 하도록 구성되어, 응축기에서 나온 냉매가 모세관으로 들어가기 전에 모세관 입구에서 충분히 과냉각 될 수 있으며, 저수조의 정수 온도도 별도의 가열 수단이 없이도 온수조에 들어가기 전에 온도가 상승하여, 모세관의 효율이 상승하고 온수히터의 소비전력도 감소되는 효과가 발생한다.

또한 과냉각배관을 통해 응축이 가능하기 때문에 응축기의 설계시 이를 고려하여 크기를 줄일 수도 있기 때문에 컴팩트한 설계가 가능하다.

또한 본 발명은 모세관이 과냉각배관과 증발기 사이의 저수조에 권선되어 위치하도록 구성되어, 별도의 모세관을 위한 공간을 제공하지 않더라도 모세관을 설치할 수 있어서, 필요한 공간의 감소가 가능하여 정수기의 컴팩트한 설계가 가능하게 된다.

도 1은 종래의 일반적인 냉온정수기의 개략도.
도 2는 본 발명의 냉온정수기의 개략도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대해서 설명한다.

도 2는 본 발명의 냉온정수기의 개략도를 도시하고 있다.

도 2에 도시되듯이 본 발명의 냉온정수기는 필터(70)와 저수조(50)를 기본적으로 구비하고 있다. 도 2에 도시되듯이 상기 필터는 수도전으로부터 유입되는 수도물 등의 원수에 함유된 부유물질, 녹찌꺼기 및 각종 유해물질등을 제거하는 기능을 하는 것으로, 정수기 등에 일반적으로 사용되는 구성에 해당하기 때문에 상세히 도시하지 않았으며 상세한 설명도 생략한다.

상기 저수조(50)는 정수기의 유량을 충분히 유지하기 위하여 일시적으로 정수를 저장해 두는 곳이다. 냉온정수기의 경우 저장된 정수를 통해 충분한 유량이 확보되지 않으면, 필요한 때에 충분한 양의 냉수 및 온수를 생성하는 것이 어려우며, 급격한 냉각이나 가열은 소비전력이 과도하게 필요하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 이러한 저수조를 통해 충분한 유량을 미리 확보해 두는 것이다. 후술할 냉수조(51)와 온수조(60)도 상기와 같은 이유로 냉온정수기에 있어서 필요한 구성이다.

도 2에 도시되듯이 상기 냉수조(51)는 상기 저수조의 하부에 일체로 형성되어 있다. 이는 별도로 분리해도 가능하다. 하지만, 최근의 경향에 의하면 가정용 냉온정수기의 경우 좁은 공간을 효율적으로 활용할 것이 요구되는바, 컴팩트하게 설계될 것이 요구되기 때문에 이를 저수조의 하부에 일체로 형성하는 것이 바람직하다.

일체로 형성된다고 하더라도 상기 저수조와 냉수조는 격막에 의해 분리는 되어 있다. 따라서 저수조의 정수는 격막을 통과하여 냉수조로 공급될 수 있고, 냉수조에서 냉각되어 생성된 냉수는 냉수조배관(52)을 통해 먹을 수 있도록 나간다.

도 2에 도시되듯이 온수조(60)는 냉수조와 달리 저수조와 일체로 형성되지 않는다. 일반적인 종래의 저수조의 온도는 14℃정도이고, 냉수조의 온도는 물이 응결되기 직전인 4.5℃정도가 되지만, 본 발명에서 후술하듯이 상기 저수조의 온도는 25℃까지 유지될 수 있다.

온수의 경우는 대기압하에서 물의 끓는점인 100℃에 가까운 온도가 요구된다. 따라서 온수조가 저수조 또는 일체화된 냉수조와 일체로 위치하게 되면, 온수조의 높은 온도에 의해 냉수생성시 많은 소비전력이 요구되어 효율적이지 못하게 되는 단점이 발생하게 되는 것이다. 따라서 상기와 같은 이유로 도 2와 같이 저수조에서 별도의 온수조배관(53)를 통해 저수조로부터 온수조로 정수가 공급된다.

한편 상기 냉수조와 온수조에 일시 저장될 냉수와 온수의 생성을 위해서 냉수조에는 후술할 냉각시스템이 구비되며, 온수조에는 히터(61)가 구비된다. 이러한 구조는 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 상기 히터는 일반적인 가열수단으로 보다 상세한 설명은 생략한다.

도 2에서 냉각시스템은 압축기(10), 상기 압축기와 배관을 통해 연결되는 응축기(20), 응축기(20)와 모세관(30) 사이의 과냉각배관(25), 상기 과냉각배관과 연결되는 모세관(30) 및 상기 모세관과 배관을 통해 연결되고 상기 압축기로 연결되는 증발기(40)를 포함하여 구비된다.

압축기(10)는 냉매를 고온고압으로 압축하며, 응축기(20)는 압축기에서 나온 고온고압의 냉매는 저온고압의 상태로 열교환 하고, 모세관(30)에서는 응축기에서 나온 냉매를 팽창시켜 저온저압의 상태로 만들어, 증발기(40)에서는 냉매와 정수와의 열교환에 의해 냉매가 증발하게 한다. 상기의 구성에 의해 냉각싸이클이 형성된다. 상기의 각 구성요소들 간은 배관을 통해 연결된다.

상기 응축기와 모세관 사이에는 드라이어(dryer)(미도시)가 구비될 수도 있다. 이는 응축기에서 나온 저온고압의 냉매의 상태가 모세관에 들어가기 전에 균일하게 되도록 액체와 기체를 분리시켜 주는 구성이다. 즉, 모세관에서 냉매의 단열팽창시 균일하지 않은 2개의 냉매상태가 공존하게 되면, 모세관에서 기체의 속도가 빨라지게 되어 압력손실이 커져서 모세관의 효율이 급격히 떨어지는 현상을 방지하기 위한 것이다. 하지만 본 발명에서는 후술하듯이 과냉각배관을 통해 냉매를 과냉각시키기 때문에 별도의 드라이어가 사용되지 않아도 무관하다.

도 2에 도시되듯이 상기 과냉각배관(25)은 상기 응축기와 모세관을 연결하는 배관이 연장되어 상기 저수조와 열교환하는 배관을 말한다. 보다 상세하게는 상기 과냉각배관은 상기 저수조(50)의 둘레를 감싸도록 권선되어 열교환하게 된다.

일반적으로 가정용 냉온정수기의 경우 응축기를 통과한 냉매온도는 대략 43℃~45℃정도이다. 이러한 상태에서 종래의 냉온정수기에서는 모세관에 진입하게 된다. 하지만, 전술하였듯이 냉매가 2상 상태(2phase)가 될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위하여 사전에 냉매의 온도를 낮추도록 과냉각시켜 모세관입구에서 단일의 상(1phase)인 액체 상태가 되도록 건도를 일정하게 하는 것이 본 발명의 과냉각배관의 기능이다.

상기 과냉각배관(25)은 저수조의 정수와 열교환한다. 본 발명의 저수조의 정수는 14℃~25℃정도이기 때문에 응축기를 나온 냉매와 열교환하여 냉매를 냉각시킬 수 있으며, 나아가 저수조의 정수 또한 하부에 증발기가 있음에도 불구하고 일정 온도를 꾸준히 유지할 수 있다.

즉, 본 발명은 상기 저수조의 하부에 냉수조가 일체로 형성되고, 상기 저수조의 하부에는 상기 냉수조와 단절되어 온수조로 연결되는 온수배관이 연결되어 있어서, 상기 과냉각배관과 저수조의 열교환에 의해 상기 온수배관으로 진입하는 저수조 내의 정수 온도가 일정온도 이상 유지되는 것을 특징으로 하는 것이다.

바람직하게는 상기 온수배관으로 진입하는 정수 온도는 14℃이상 ~ 25℃ 이하인 것이 좋으며, 적어도 상기 냉수조의 입구온도인 14℃보다는 높도록 유지되는 것이 좋다.

보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 냉수조에서 냉수를 생성하는 냉각시스템과 온수조에서 온수를 생성하는 히터의 소비전력을 비교하면, 14℃~25℃ 정도의 상태에서 4:6 정도로 히터의 소비전력이 더 크게 요구된다. 따라서 저수조의 온도를 사전에 조금이라도 올려놓으면 전체적인 정수기의 소비전력에 있어서 유리하게 되는 것이다.

하지만 상기 조건을 벗어나는 경우, 즉 25℃이상에서는 냉각시스템의 압축기 등에서 과부하가 걸리고 소비전력이 현저하게 증가하게 된다. 그에 따라 전술한 유리한 효과가 적용되지 않는다.

가장 바람직한 온도는 25℃인 것으로 나왔지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않으며, 실시형태에 따라 상기 온도가 달라질 수도 있음을 미리 알려둔다.

상기와 같은 과냉각배관에 의해 응축기(20)는 크기가 조금 줄어들 수도 있다. 즉, 과냉각응축기에 의해 충분히 응축될 수 있기 때문에 응축기가 조금 줄어든다고 하더라도 충분히 기능적으로 보충되기 때문이다. 따라서 정수기 설계시에 이를 고려하여 컴팩트한 설계가 가능하게 된다.

한편 도 2에 도시되듯이 상기 냉수조는 상기 저수조의 하부에 위치하고 상기 모세관(30)은 상기 과냉각배관과 상기 증발기 사이의 저수조에 권선되어 있음을 알 수 있다.

상기 증발기(40)는 냉수조 주위를 권선하여 열교환하는 구성이다. 일체형 냉수조의 경우 상기 증발기는 도 2와 같이 저수조의 아래측에 위치하게 된다. 이와 같은 구성에 의하면 상기 모세관은 별도의 설치공간이 제공되지 않아도 바로 과냉각배관의 하부에 위치하도록 하여 저수조에 권선하여 구비될 수 있다.

즉, 본 발명에서 상기 모세관은 별도의 모세관을 위한 공간을 제공하지 않더라도 모세관을 설치할 수 있어서, 필요한 공간의 감소가 가능하여 정수기의 컴팩트한 설계가 가능하게 되는 것이다.

한편 상기 증발기(40)는 냉수를 생성하기 위해 냉매와 냉수조간의 열교환이 되도록 한다. 냉수조의 온도가 4.5℃정도를 유지하도록 하려면, 상기 냉매의 기화 온도는 4.5℃이하인 것으로 냉매를 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 냉매의 종류는 본 발명에 있어서 영향을 미치지 않기 때문에 보다 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 다음과 같이 작동된다.

냉매는 압축기(10)를 통과하며 고온고압으로 압축되고, 응축기(20)를 통과하며 고온고압의 냉매는 주변 대기와 열교환하여 저온고압의 상태로 된다. 보다 상세하게는 상기 냉매는 45℃ 정도의 온도를 가진다.

이러한 냉매는 상기 과냉각배관(25)을 통과하면서 저수조와 열교환하게 되며, 상기 저수조의 온도를 25℃정도로 유지시킨다.

상기 과냉각배관을 통과한 냉매는 과냉각된 상태로 모세관으로 진입하게 되고, 과냉각배관의 아래측에 연결된 모세관(30)에서 팽창되어 저온저압의 상태로 만들어져, 증발기(40)에서 냉수조의 정수와 열교환하게 된다.

상기와 같이 냉수조의 정수와 열교환한 냉매는 기화된 상태에서 배관을 통해 압축기로 나가게 된다.

이와 같은 구성에 의해 냉각싸이클이 완성된다. 상기의 각 구성요소들 간은 배관을 통해 연결된다.

이상 첨부도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 그러한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니되고 후술하는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 결정된다. 그리고 특허청구범위에 기재되어 있는 발명의 당업자에게 자명한 개량, 변경, 수정 등도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.

10 : 압축기 20 : 응축기
25 : 과냉각배관 30 : 모세관
40 : 증발기 50 : 저수조
51 : 냉수조 60 : 온수조
61 : 히터

Claims (7)

1. 필터와 저수조, 냉수조, 히터와 온수조를 포함하는 냉온 정수기에 있어서,
   압축기;
   상기 압축기와 배관을 통해 연결되고, 주변 공기와 열교환하는 응축기;
   상기 응축기와 배관을 통해 연결되는 모세관; 및
   상기 모세관과 배관을 통해 연결되고 상기 압축기로 연결되는 증발기;를 포함하는 냉각시스템을 포함하고,
   상기 냉수조는 저수조의 하부에 일체로 형성되고,
   상기 응축기와 별개로 구비되고, 상기 저수조의 둘레를 감싸도록 권선되어 상기 저수조와 열교환하는 과냉각배관을 더 포함하는, 냉온 정수기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 모세관은 상기 과냉각배관과 상기 증발기 사이의 저수조에 권선되어 위치하는, 냉온 정수기.
4. 제1항 또는 제 3항에 있어서,
   상기 저수조의 하부에는 상기 냉수조와 단절되어 온수조로 연결되는 온수배관이 포함되고,
   상기 과냉각배관과 저수조의 열교환에 의해 상기 온수배관으로 진입하는 저수조 내의 정수 온도가 일정온도 이상 유지되는 것을 특징으로 하는, 냉온 정수기.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 온수배관으로 진입하는 정수 온도는 14℃이상 ~ 25℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 냉온 정수기.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 온수배관으로 진입하는 정수 온도는 적어도 상기 냉수조의 입구온도보다는 높은, 냉온 정수기.
7. 제1항 또는 제 3항에 있어서,
   상기 저수조의 하부에는 온수조로 연결되는 온수배관이 포함되고,
   상기 과냉각배관과 저수조의 열교환에 의해 상기 온수배관으로 진입하는 저수조 내의 정수 온도가 일정온도 이상 유지되는 것을 특징으로 하는, 냉온 정수기.

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