KR101649329B1

KR101649329B1 - 제빙기를 이용한 냉풍기

Info

Publication number: KR101649329B1
Application number: KR1020160078558A
Authority: KR
Inventors: 박명훈
Original assignee: 대양기전 주식회사
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2016-08-18

Abstract

본 발명은 제빙기를 이용하여 제작된 얼음 및 얼음물에 공기를 접촉시켜 열교환함으로써 차가운 바람을 배출하는 냉풍기에 관한 것이다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.
제빙기에서 제작된 얼음 및 얼음물과 장치내부로 유입된 공기를 접촉시켜 열교환하게 함으로써 차가운 공기를 제공할 수 있다.
또한 제빙기에 의해 차가워진 물을 순환시킴으로써, 보충수의 공급 횟수를 현저히 줄일 수 있고, 저전력으로 얼음과 얼음물을 제작할 수 있는 장점이 있다.

Description

제빙기를 이용한 냉풍기 {omitted}

본 발명은 제빙기를 이용하여 제작된 얼음 및 얼음물에 공기를 접촉시켜 열교환함으로써 차가운 바람을 배출하는 냉풍기에 관한 것이다.

최근 냉방 기구로서 선풍기와 에어컨 각각의 단점을 보완하고 단점을 살린 냉풍기가 다양하게 제시되고 있다.

이러한 냉풍기의 기본적인 개념은 선풍기처럼 단순히 바람을 일으키는 것이 아닌 별도의 냉각수단에 의해 보다 차가운 바람을 발생시키면서도, 에어컨보다 단순한 구조로서 저전력으로 구동되는 장치인 것이다.

종래의 냉풍기는 공기가 차가운 물에 젖은 필터를 통과하도록 하여 물이 증발하면서 공기와 열교환을 통해 냉각된 공기를 배출하거나, 직접 얼린 얼음을 장치 내에 투입하여 차가운 바람을 발생시키는 방식을 주로 이용한다.

그러나 전자의 경우 필터를 통과한 물은 필연적으로 수분을 많이 머금게 되는데, 우리나라 기후 특성상 고온다습한 여름에는 오히려 불쾌지수를 더 높이고 곰팡이 발생을 우려하지 않을 수 없다.

또한 후자의 경우 매번 아이스팩이나 얼음을 얼려 투입해야 하며, 더운 여름의 외부 온도와, 장치내부에서 발생하는 열에 의해 얼음이 순식간에 녹아버려 효율이 높지 않은 문제점이 있다.

대한민국등록특허공보 제10-1222655호 (2013.01.16)

본 발명에서 해결하려는 과제는 다음과 같다.

제빙기에서 제작된 얼음 및 얼음물과 장치내부로 유입된 공기를 접촉시켜 열교환하게 함으로써 차가운 공기를 제공함과 동시에, 제빙기에 의해 차가워진 물을 순환시킴으로써, 보충수의 공급 횟수를 현저히 줄일 수 있고, 저전력으로 얼음과 얼음물을 제작할 수 있는 냉풍기를 제시하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,

(청구항)을 제시한다.

본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.

제빙기에서 제작된 얼음 및 얼음물과 장치내부로 유입된 공기를 접촉시켜 열교환하게 함으로써 차가운 공기를 제공할 수 있다.

또한 제빙기에 의해 차가워진 물을 순환시킴으로써, 보충수의 공급 횟수를 현저히 줄일 수 있고, 저전력으로 얼음과 얼음물을 제작할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 냉풍기에 대한 정면도 및 측단면도.
도 2는 도 1의 측단면도에서 공기냉각부와 제빙부를 확대하여 나타낸 도면.
도 3은 공기냉각부의 냉각원리를 도식화하여 나타낸 측면도.
도 4는 열교환부재가 하부물보관부의 물을 일부 끌어 올린 상태를 나타낸 정면도.
도 5,6은 얼음보관부의 다른 실시예가 장착된 냉풍기를 나타낸 측면도와 정면도.
도 7은 얼음보관부의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 8은 얼음 형태에 따른 공기 냉각작용에 대한 도면.

이하 첨부된 도면을 바탕으로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 다만 본 발명의 권리범위는 특허청구범위 기재에 의하여 파악되어야 한다. 또한 본 발명의 요지를 모호하게 하는 공지기술의 설명은 생략한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 공기냉각부(100), 냉기배출부(200), 제빙부(300)로 구성된다.

공기냉각부(100)는 장치 외부 공기를 유입하여 얼음과 얼음물에 의해 냉각시키는 부분으로, 공기유입커버(110), 열교환부재(120), 하부물보관부(130), 얼음보관부(140)를 포함하여 구성된다.(도 2,3 참고)

상기 하부물보관부(130)는 장치 하단에 구비되어 물을 보관하는 부분으로서, 물탱크와 같은 것일 수 있다. 사용자가 공기유입커버(110) 등을 통해 물을 공급하면 하부물보관부(130)에 보관되고, 이 물은 장치가 작동하는 동안 제빙부(300)를 거쳐 얼음 및 얼음물로 되었다가 공기와 열교환을 통해 녹는 과정에서 장치 내부를 순환하게 된다. 제빙시에는 물펌프(313)에 의해 하부물보관부(130)에서 끌어온 물을 후술하는 상부물보관부(312)에서 보관하고, 탈빙시에는 상부물보관부(312)가 하방으로 회전하여 내부의 얼음과 냉수가 혼합된 얼음물을 아래로 낙하시키게 된다. 이 때, 탈빙 시점은 상부물보관부(312)의 물 중 1/3 정도가 얼음으로 형성되었을 때가 바람직하다.(자세한 내용은 후술)

상기 얼음보관부(140)는 제빙부(300)에서 생성되어 낙하되는 얼음을 걸러 보관함과 동시에 물은 아래로 낙하시키는 부분으로서, 일정 간격의 구멍이 다수 형성된 형태일 수 있다. 즉, 제빙부(300)에서 얼음물을 생성하여 낙하(탈빙)시킬 때, 얼음보관부(140)의 트레이에서 얼음은 거르고 물(냉수)은 얼음보관부(140)에 형성된 얼음보다 작은 크기의 구멍을 통해 하부물보관부(130)로 낙하시키게 되며, 얼음보관부(140)의 구멍보다 작은 얼음은 낙하하는 냉수와 함께 떨어진다. 이 때 얼음보관부(140)는 도 5,7와 같이 단층의 트레이로써, 얼음이 적층되는 형태일 수도 있고, 도 3과 같이 다수의 트레이가 적층된 형태로서, 아래 트레이로 갈수록 얼음을 거르는 간격이 더 좁아도록 형성될 수 있다. 이는 얼음보관부(140)의 상부트레이에서부터 얼음이 걸러지되, 얼음이 점차 녹음에 따라 크기가 작아지면 바로 낙하하는 것이 아니라 바로 하단 트레이에 다시 걸러지게 되어 얼음보관부(140)가 얼음 층을 형성하도록 하는 것이다. 이러한 구성으로 인해 얼음보관부(140)를 통과하는 공기가 얼음과 닿는 표면적과 시간을 충분히 확보할 수 있게 되어 공기 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

제빙부(300)에서 일정시간 간격으로 지속적으로 만들어지는 얼음이 얼음보관부(140)에 떨어진 이후 공기와 열교환을 하여 녹게 되면, 얼음보관부(140)의 구멍보다 크기가 작아진 얼음은 하부물보관부(130)로 낙하하게 된다. 그 중 일부는 열교환부재(120)의 상부에 얹히거나, 금속판(121) 사이의 작은 공간이 들어가 한번 더 열교환부재(120)를 냉각시키는 효과를 발휘한다.

한편, 상기 얼음보관부(140)는 도 7과 같이 트레이 측면에 소정 각도로 위를 향하는 날개로 형성된 다수의 공기배출그릴(141)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 이는 얼음보관부(140)를 통과하는 공기가 상부의 냉기배출부(200)로 즉시 배출되도록 유인하기 위한 것으로, 다른 곳으로의 유입을 막고 냉각된 공기를 즉각 배출하도록 함으로써 역시 냉각 효율을 향상시킬 수 있다. 도 3,4에서는 3단으로 구성된 트레이의 측면에 각각 부착된 공기배출그릴(141a, 141b, 141c)을 확인할 수 있다. 또한 도 7과 같이 1단으로 구성된 트레이는 측면에 6단의 공기배출그릴이 부착될 수 있고, 각 그릴이 부착되는 부분마다 얼음부관부의 측면에 공기가 통하는 공기배출구(141h)가 그릴 형상과 대응되도록 가로로 길게 형성될 수 있다. 도 7은 각 그릴 사이에 하나의 공기배출구(141h)가 형성된 것을 도시하였으나, 필요에 따라 두 개 이상의 공기배출구(141h)가 그릴 사이마다 형성될 수도 있을 것이다. 또한 도 3,4,7에서 도시된 공기배출구(141h)의 수, 공기배출그릴(141)의 수 및 부착위치는 실시예이며, 이를 한정하는 것은 아니다.

또한 얼음보관부(140)의 하단에 서로 다른 길이(1/n, 2/n, ..., 1)의 공기흡입그릴(142)을 더 포함할 수 있다. 도 3과 같이 3개의 공기흡입그릴(142a, 142b, 142c)이 형성될 때, 도 3을 기준으로 가장 우측에 있는 공기흡입그릴(142c)의 길이를 1이라 하면, 중앙의 공기흡입그릴(142b)의 길이는 2/3, 가장 우측의 공기흡입그릴(142a)의 길이는 1/3의 관계를 갖는다(도 4의 정면에서 본 형태 참고). 이는 공기유입커버(110)를 통해 외부공기가 열교환부재(120)의 상부로 유입되는데, 이를 얼음보관부(140)로 유인하는 역할을 한다. 특히 외부 공기가 진입되면서 처음 닿는 공기흡입그릴(142a)이 가장 짧고, 뒤로 갈수록 순차적으로 길이가 길어지는 빗살 그릴 형태를 적용함에 따라 얼음보관부(140)의 트레이 하단으로 최대한 많은 공기가 유입되도록 하는 것이다. 한편, 도 7과 같이 공기흡입그릴이 6개로 형성되는 경우, 도 7의 B방향에서 본 그림을 기준으로 가장 우측의 공기흡입그릴의 길이를 1이라 하면, 좌측에서부터 각 공기흡입그릴의 길이는 1/6, 2/6, 3/6, 4/6, 5/6의 관계를 갖는다. 그릴의 수를 불문하고 가장 길이가 긴 그릴(그림에서 가장 우측 그릴)은 얼음보관부(140)의 바닥면의 후방 끝단부(측면 그림 기준으로 우측 끝단부)에 부착되어 얼음보관부(140)의 뒷쪽으로 공기가 새지 않고 모두 얼음보관부(140)로 흡입될 수 있게 함이 바람직하다. 또한 각 공기흡입그릴(142)이 형성된 얼음보관부(140)에 공기흡입그릴(140)의 형상과 대응되도록 공기흡입구(142h)가 가로로 길게 형성될 수 있다. 도 7은 각 그릴 사이에 하나의 공기흡입구(142h)가 형성된 것을 도시하였으나, 필요에 따라 두 개 이상의 공기흡입구가 그릴 사이마다 형성될 수도 있을 것이다. 마찬가지로, 도 3,4,7에서 도시된 공기흡입구(142h)의 수, 공기흡입그릴(142)의 수 및 부착위치는 실시예이며, 이를 한정하는 것은 아니다.

상기 열교환부재(120)는 하부물보관부(130)의 물에 일부 잠기도록 형성되며, 열교환부재(120)의 상부는 제빙기로 유입되는 공기와 접촉되어 열교환하고, 열교환부재(120)의 하부는 하부물보관부(130)의 차가운 물과 접촉되어 열교환하게 된다. 따라서 열전도성이 우수한 소재로서, 다수의 금속판(121)이 소정 간격을 두고 적층된 형태가 바람직하다. 이 때, 금속판(121)의 적층방향은 도 4와 같이 장치내부로 공기가 유입되는 방향에서 볼 때 가로로 놓인 축 방향으로 적층된다. 따라서 유입되는 공기가 차가운 금속판(121) 사이 간격으로 유입되어 열교환하게 된다.

또한 열교환부재(120)가 하부물보관부(130)의 물에 잠기는 정도는 열교환부재(120)의 하단 1/3 정도가 바람직하다. 열교환부재(120)가 물에 너무 많이 담기면 공기와 금속판(121)이 열교환하는 면적이 줄어들어 공기 냉각 효과가 떨어지며, 열교환부재(120)가 물에 너무 적게 담기면 물과 금속판(121)이 열교환하는 면적이 줄어들어 금속판(121)이 낮은 온도를 유지하기 어려울 수 있다.

한편, 열교환부재(120)의 하부는 금속판(121) 사이 간격으로 하부물보관부(130)의 물이 접촉됨과 동시에 도 4와 같이 모세관현상에 의해 소정높이 끌어올려짐을 특징으로 하는데, 이는 금속판(121)이 차가운 물과 닿는 표면적을 넓혀 낮은 온도를 유지할 수 있게 하기 위함이다. 금속판(121) 사이 간격이 너무 좁으면 공기유동이 원활하지 않게 되고, 간격이 너무 넓으면 모세관현상이 일어나지 않게 되므로 이를 고려하여 설계함이 바람직하다.

상기 공기유입커버(110)는 하단에서 힌지결합하여 상단부에서 개폐가능하도록 된 커버이다. 평상시에는 닫혀 있다가, 장치를 작동시키거나 하부물보관부(130)에 물을 충전할 경우 상단부를 당겨 개방하게 된다. 따라서, 개방시 소정각도를 유지하여 공기가 유입될 때 열교환부재(120)와 얼음보관부(140)에 닿도록 함과 동시에 장치내부로 물을 공급할 때 물받이역할을 하도록 할 수 있다. 공기유입커버(110)가 형성되는 범위는 전면 도 4를 참고하여 냉풍기를 정면에서 볼 때, 얼음보관부(140)에서부터 열교환부재(120)까지 노출될 수 있도록 아래위로 충분히 개방시키는 것이 바람직하다. 이로써, 도 3,5와 같이 외부의 더운 바람이 장치내부로 유입될 때, 얼음보관부(140)로도 직접 유입되어 열교환하고, 열교환부재(120)와도 접촉하여 열교환하는 공기의 양을 극대화할 수 있게 된다.

냉기배출부(200)는 공기냉각부(100)에서 냉각된 공기를 냉기배출수단(210)을 통해 장치 외부로 배출하는 부분이다.

상기 냉기배출수단(210)은 모터에 의해 구동되며, 선풍기와 같은 형태의 회전팬(fan)으로 형성될 수 있고, 에어컨과 같이 다수의 평판팬으로 형성될 수 있는 바, 그 형태와 구성을 한정하지 않는다.

제빙부(300)는 얼음물을 생성하는 부분으로, 제빙기(310), 열기배출수단(320), 구분벽(330)으로 구성될 수 있다.(도 1,2 참고)

상기 제빙기(310)는 하부물보관부(130)의 물로 얼음물을 생성하는 부분으로, 제빙부재(311), 상부물보관부(312), 물펌프(313), 압축기(314), 솔레노이드밸브(315), 응축기(316), 드라이어(317), 모세관(318)을 포함한다.

상기 상부물보관부(312)는 공기냉각부(100)의 상부에 위치하며, 물을 보관할 수 있는 용기로서, 일측이 힌지(312a)로 결합되어 하방으로 회전하는 구조로 형성된다. 따라서 제빙시에는 물펌프(313)에 의해 하부물보관부(130)에서 끌어온 물을 상부물보관부(312)에서 보관하고, 탈빙시에는 상부물보관부(312)가 하방으로 회전하여 내부의 얼음물을 아래로 낙하시키게 된다. 이 때, 탈빙 시점은 상부물보관부(312)의 물 중 1/3 정도가 얼음으로 형성되었을 때가 바람직하다. 즉, 어느정도 얼음이 형성됨으로써 물의 온도 또한 0℃에 가깝게 유지시키되, 너무 얼게 되면 상부물보관부(312)에서 큰 얼음덩어리가 생성되어 얼음과 물이 혼합된 형태로 낙하되지 않고 얼음덩어리인 채로 걸리게 되어 바람직하지 않다.

상술한 바와 같이, 상부물보관부(312)가 회전함으로써 낙하하는 얼음물 중 얼음은 얼음보관부(140)에 보관되어 공기냉각부(100)에서 냉기배출부(200)로 흐르는 공기를 냉각시키게 되고, 얼음이 걸러진 차가운 물은 다시 하부물보관부(130)에 보관된다. 이 때 열교환부재(120)를 추가로 구비할 경우 차가운 물이 낙하할 때 열교환부재(120)를 한번 더 식혀주는 효과가 있다. 또한 얼음보관부(140)에서 완전히 녹지 않고 떨어지는 작은 알갱이의 얼음이 열교환부재(120)의 상단에 얹히거나 금속판(121) 사이로 떨어지게 되는데, 이 역시 열교환부재(120)의 온도를 한번 더 낮춰주는 역할을 하게 된다.

한편 하부물보관부(130)의 물이 다시 상부물보관부(312)로 이동하여 제빙될 경우 상온의 물보다 차가운 물로 얼음을 생성하게 되므로, 에너지 절감 효과를 극대화 할 수 있으며, 물이 얼었다 녹으면서 순환하는 과정을 반복하게 되어 물 소비량이 현저히 줄어드는바, 수시로 보충수를 공급해야 하는 수고를 덜게 된다.

상기 제빙부재(311)는 내부로 냉매가 유동하고 외부로 상부물보관부(312)의 물이 접촉되어 열교환에 의해 표면에 얼음을 생성시키는 것이다.

제빙부(300)에 의한 제빙과정은 다음과 같다.

즉, 압축기(314)에서 제빙부재(311)를 통과한 냉매를 고온 고압으로 압축시키며, 압축기(314)를 통과한 냉매를 응축기(316)에서 액화시켜 상온 고압으로 응축시킨다. 응축기(316)를 통과한 냉매에 포함된 수분 및 이물질은 드라이어(317)에서는 걸러내고, 드라이어(317)를 통과한 냉매를 모세관(318)에서 팽창시켜 저온 저압으로 액체로 만들게 되고, 이러한 저압의 냉매가 제빙부재(311)로 공급되어 제빙부재(311)의 표면에 얼음이 만들어지게 된다.

제빙부(300)에 의한 탈빙과정은 다음과 같다.

즉, 압축기(314)를 통과한 냉매가 제빙부재(311)로 공급되도록 솔레노이드밸브(315)를 조절하게 되면, 고온고압의 냉매가 제빙부재(311)로 순간적으로 공급되어 제빙부재(311)의 표면에 부착된 얼음이 떨어지게 된다.

도 8은 상기 제빙부(300)에 의해 만들어진 얼음의 바람직한 형태를 제시한 도면이다. 통상의 제빙부에 의해 만들어지는 얼음(3)은 도 8(a)와 같이 중앙부에 제빙부재(311)의 형태로 함몰부(3a)가 형성된다. 이러한 함몰부가 형성됨으로써 공기가 닿는 표면적이 넓어지는 효과가 있다. 즉, 유입되는 공기가 함몰부(3a)에 머물다 빠져나가는 동안에도 열교환이 이루어지는 것이다.

다른 예시로는 도 8(b)와 같이 얼음(3)의 중앙부가 관통하여 공기유로(3b)가 형성될 수도 있다. 이러한 얼음 제작을 위해서는 제빙부재(311)에 형성된 핀의 끝단부가 상부물보관부(312)의 바닥면에 닿도록 설계할 수 있을 것이다. 이는 역시 공기가 닿는 표면적을 넓히는 효과가 있으며, 이렇게 형성된 얼음의 공기유로(3b)를 통해 역시 공기가 관통하는 동안 열교환이 이루어지게 된다.

위와 같은 과정에서 발생하는 열은 열기배출수단(320)을 통해 장치 외부로 배출된다. 상기 열기배출수단(320)는 환풍팬 등일 수 있다.

또한 열이 발생하는 제빙부(300)와 온도가 낮은 공기냉각부(100) 사이의 열교환을 차단하기 위해 구분벽(330)을 구비할 수 있다. 이는 공기냉각부(100)와 제빙부(300)를 벽체에 의해 구분지음으로써, 제빙부(300)에서 발생한 열이 공기냉각부(100)로 유입되는 것을 방지하고, 공기냉각부(100)에서 차가워진 공기가 손실 없이 냉기배출부(200)로 모두 배출될 수 있게 하는 역할을 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 : 공기냉각부
110 : 공기유입커버
111 : 커버힌지부
120 : 열교환부재
121 : 금속판
130 : 하부물보관부
140 : 얼음보관부
141 : 공기배출그릴
142 : 공기흡입그릴
200 : 냉기배출부
210 : 냉기배출수단
300 : 제빙부
310 : 제빙기
311 : 제빙부재
312 : 상부물보관부
313 : 물펌프
314 : 압축기
315 : 솔레노이드밸브
316 : 응축기
317 : 드라이어
318 : 모세관
320 : 열기배출수단
330 : 구분벽
1 : 공기
2 : 물
3 : 얼음

Claims

장치 외부 공기를 유입하여 얼음 및 얼음물에 의해 냉각시키는 공기냉각부(100);
공기냉각부(100)에서 냉각된 공기를 냉기배출수단(210)을 통해 장치 외부로 배출하는 냉기배출부(200);
얼음물을 생성하는 제빙부(300)를 포함하여 구성되고,

상기 공기냉각부(100)는
물을 보관하는 하부물보관부(130),
제빙부(300)에서 생성되어 낙하되는 얼음을 걸러 보관함과 동시에 물은 아래로 낙하시키는 얼음보관부(140)를 포함하고,

상기 제빙부(300)는
하부물보관부(130)의 물로 얼음물을 생성하는 제빙기(310)를 포함하여 구성되고,
상기 제빙기(310)는
공기냉각부(100)의 상부에 위치 일측이 힌지결합되어 하방으로 회전하는 구조로 형성된 상부물보관부(312)를 포함하여,
제빙시에는 물펌프(313)에 의해 하부물보관부(130)에서 끌어온 물을 상부물보관부(312)에서 보관하고, 탈빙시에는 상부물보관부(312)가 하방으로 회전하여 내부의 얼음물을 아래로 낙하시킴을 특징으로 하는
제빙기를 이용한 냉풍기.
제 1 항에 있어서,
공기냉각부(100)는
하부물보관부(130)의 물에 일부 잠기도록 형성되는 열교환부재(120)를 더 포함하며,
열교환부재(120)의 상부는 제빙기로 유입되는 공기와 접촉되어 열교환하고, 열교환부재(120)의 하부는 하부물보관부(130)의 물과 접촉되어 열교환함을 특징으로 하는
제빙기를 이용한 냉풍기.
제 2 항에 있어서,
열교환부재(120)는
다수의 금속판(121)이 소정 간격을 두고 적층되되,
적층방향은 장치내부로 유입되는 공기방향과 수직, 열교환부재(120)가 일부 잠기는 수면과 수평하도록 형성되며,
열교환부재(120)의 상부는 금속판(121) 사이 간격으로 공기가 유입되어 열교환하고, 열교환부재(120)의 하부는 금속판(121) 사이 간격으로 하부물보관부(130)의 물이 접촉됨과 동시에 모세관현상에 의해 소정높이 끌어올려짐을 특징으로 하는
제빙기를 이용한 냉풍기.