KR101799444B1 - 고효율로 냉수의 정온을 유지하는 기능을 갖는 냉수기 - Google Patents

Abstract

고효율로 사용자에게 공급되는 냉수의 정온을 유지하는 기능을 갖는 냉수기에 관한 것으로, 제 1 냉각기는 액체 상태의 냉매의 증발열을 이용하여 제 1 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도를 하강시키고 제 2 냉각기는 원수와 제 2 냉각수조의 내부에 담긴 냉각수간의 온도 차이를 이용하여 원수의 온도를 하강시키고, 제 1 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 제 2 냉각수조의 냉각수 온도가 기준 온도보다 높으면 서로 혼합됨에 따라 고효율로 사용자가 항상 청량감을 주는 일정한 온도의 냉수를 섭취할 수 있도록 할 수 있다.

Description

고효율로 냉수의 정온을 유지하는 기능을 갖는 냉수기 {Water cooler having a function of maintaining fixed temperature of cold water in high efficiency}

전기 에너지를 이용하여 냉수를 제조하는 냉수기에 관한 것으로, 특히 고효율로 사용자에게 공급되는 냉수의 정온을 유지하는 기능을 갖는 냉수기에 관한 것이다.

학교, 단체급식소, 고속도로 휴게소 등과 같은 공동시설물에는 여러 사람에게 동시에 냉수를 공급할 수 있는 냉수기가 설치되어 있다. 냉수기가 여러 사람에게 동시에 냉수를 공급하기 위해서는 다량의 냉수를 제조할 수 있어야 하는데 다량의 냉수의 제조에는 많은 전기 에너지가 소비되게 된다. 이에 따라, 최근에는 절전형 냉수기가 각광을 받고 있으며 냉수기에 의해 소비되는 에너지를 보다 더 절감할 수 있는 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

대한민국등록특허 제10-1577039호 "고효율의 절전형 냉온수기", 대한민국등록특허 제10-1685985호 "냉수 공급 장치 및 그 제어방법", 대한민국등록특허 제10-1350358호 "절전형 직수식 냉온정수기" 등과 같은 종래의 냉수기는 하나의 냉각수조 내에서 증발기와 냉각수의 열교환을 통해 냉각수가 냉각되고, 냉각수와 냉각코일 내의 원수간의 열교환을 통해 냉수코일 내의 원수가 냉각되도록 하는 방식을 채용하고 있다. 이와 같은 종래의 냉수기에서는 사용자에게 공급되는 냉수의 온도 편차가 심함에 따라 사용자가 이가 시릴 정도로 과냉각된 냉수를 음용하거나 덜 냉각되어 청량감이 떨어지는 냉수를 음용할 수 있다는 문제점이 있었다.

증발기 표면에 적당한 두께의 얼음층이 형성될 경우에 사용자의 음용에 적합한 온도의 냉수가 제조되도록 압축기의 구동 간격, 냉각수조의 크기, 증발기와 냉각코일의 간격 등 냉수기의 여러 가지 요소가 설계되는데, 증발기 표면에 적당한 두께의 얼음층이 형성되도록 압축기는 간헐적으로 구동된다. 사용자의 장시간 냉수 섭취로 인해 냉수코일 내의 원수 흐름이 장시간 지속되면 증발기의 표면에 형성된 얼음이 녹게 되어 증발기 표면에 다시 얼음층이 형성되도록 하기 위해서는 원수의 냉각에 요구되는 에너지 외에 물로부터 얼음으로의 상전환에 요구되는 잠열에 상당하는 에너지가 추가적으로 소모된다는 문제점이 있었다.

종래 냉수기의 증발기 표면에서의 물로부터 얼음으로의 상전환에 요구되는 에너지의 소모 없이 고효율로 사용자가 항상 청량감을 주는 일정한 온도의 냉수를 섭취할 수 있도록 하는 냉수기를 제공하는 데 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.

본 발명에 따라 고효율로 냉수의 정온을 유지하는 기능을 갖는 냉수기는 기체 상태의 냉매를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 기체 상태의 냉매를 액체 상태의 냉매로 응축시키는 응축기; 제 1 냉각수조를 구비하며 상기 응축기에 의해 응축된 액체 상태의 냉매의 증발열을 이용하여 상기 제 1 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도를 하강시키는 제 1 냉각기; 제 2 냉각수조를 구비하며 원수와 상기 제 2 냉각수조의 내부에 담긴 냉각수간의 온도 차이를 이용하여 상기 원수의 온도를 하강시킴으로써 상기 원수를 사용자에게 공급될 냉수로 전환하는 제 2 냉각기; 및 상기 제 2 냉각수조 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도를 검출하는 온도센서를 포함한다.

상기 제 1 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 상기 제 2 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 상기 온도센서에 의해 검출된 제 2 냉각수조의 냉각수 온도가 기준 온도보다 높으면 서로 혼합된다. 상기 제 1 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 상기 제 2 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 상기 온도센서에 의해 검출된 제 2 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높으면 상기 제 1 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도와 목표 최저온도의 차이에 비례하는 양만큼 서로 혼합될 수 있다.

상기 냉수기는 상기 제 1 냉각수조와 상기 제 2 냉각수조 사이에 설치되어 상기 제 1 냉각수조에 저장되어 있는 냉각수를 상기 제 2 냉각수조로 이송하는 펌프; 및 상기 온도센서에 의해 검출된 제 2 냉각수조의 냉각수 온도에 기초하여 상기 제 1 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 상기 제 2 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수가 상기 온도센서에 의해 검출된 제 2 냉각수조의 냉각수 온도가 기준 온도보다 높으면 서로 혼합되도록 상기 펌프의 펌핑 동작을 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.

상기 제어기는 상기 온도센서에 의해 검출된 제 2 냉각수조의 냉각수 온도가 상기 기준 온도보다 높으면 상기 펌프의 펌핑을 개시시키고, 상기 온도센서에 의해 검출된 제 2 냉각수조의 냉각수 온도가 목표 최저온도보다 낮으면 상기 펌프의 펌핑을 정지시킬 수 있다. 상기 제어기는 상기 온도센서의 출력신호의 변화에 기초하여 상기 펌프의 펌핑에 의한 제 2 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 단위시간당 온도변화율을 산출하고, 상기 산출된 냉각수의 단위시간당 온도변화율에 기초하여 상기 펌프의 펌핑 속도를 산출하고, 상기 펌프가 상기 산출된 펌프의 펌핑 속도로 펌핑하도록 상기 펌프의 펌핑 동작을 제어할 수 있다.

상기 냉수기는 일단이 상기 제 1 냉각수조의 하부 냉각수출구에 연결되고 타단이 상기 제 2 냉각수조의 하부 냉각수입구에 연결되어 상기 제 1 냉각수조로부터 배출되어 상기 제 2 냉각수조로 유입되는 냉각수가 흐르는 하관; 및 일단이 상기 제 1 냉각수조의 상부 냉각수입구에 연결되고 타단이 상기 제 2 냉각수조의 상부 냉각수출구에 연결되어 상기 제 2 냉각수조로부터 배출되어 상기 제 1 냉각수조로 유입되는 냉각수가 흐르는 상관을 더 포함할 수 있다.

상기 펌프는 상기 하관에 삽입되어 상기 제 1 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수를 상기 제 2 냉각수조로 토출시킴으로써 상기 제 2 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 수위를 상승시키고, 상기 펌프의 펌핑에 의해 상기 제 2 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 수위가 상승하여 상기 제 2 냉각수조의 상부 냉각수출구에 도달하면 상기 제 2 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 상기 상관을 통하여 상기 제 1 냉각수조로 유입될 수 있다.

상기 제어기는 상기 펌프가 상기 제 2 냉각수조의 내부 공간 중 상기 하관의 하측 공간의 체적의 크기에 비례하는 펌핑 속도로 펌핑하도록 상기 펌프의 펌핑 동작을 제어할 수 있다.

냉매의 증발열을 이용하는 냉각수 냉각은 제 1 냉각수조의 내부에서 이루어지고 원수와 냉각수간의 온도 차이를 이용하는 원수 냉각은 제 2 냉각수조의 내부에서 이루어짐에 따라 원수의 흐름 여부는 제 1 냉각기의 냉각 작용에 영향을 주지 않게 되고, 제 1 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 제 2 냉각수조의 냉각수 온도가 기준 온도보다 높으면 서로 혼합됨에 따라 제 2 냉각수조의 냉각수 온도는 기준 온도에 수렴하게 된다. 이에 따라, 종래의 단일 냉각수조 내의 증발기 표면에서의 물로부터 얼음으로의 상전환에 요구되는 에너지의 소모 없이 고효율로 사용자에게 공급되는 냉수의 정온을 유지할 수 있다. 결과적으로, 종래의 냉수기에 비해 에너지 소비를 절감하면서 사용자는 기준 온도에 해당하는 항상 청량감을 주는 일정한 온도의 냉수를 섭취할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉수기의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉수기의 일부 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제 1 냉각기(30)의 분해도이다.
도 4는 도 1에 도시된 제 2 냉각기(40)의 분해도이다.
도 5는 도 1에 도시된 제어기(70)의 냉수 온도 제어 방법의 흐름도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 전기 에너지를 이용하여 냉수를 제조하는 냉수기에 관한 것으로, 특히 종래의 단일 냉각수조 내의 증발기 표면에서의 물로부터 얼음으로의 상전환에 요구되는 에너지의 소모 없이 고효율로 사용자가 항상 청량감을 주는 일정한 온도의 냉수를 섭취할 수 있도록 하는 냉수기, 즉 고효율로 사용자에 공급되는 냉수의 정온을 유지하는 기능을 갖는 냉수기에 관한 것이다. 이하에서는 고효율로 사용자에 공급되는 냉수의 정온을 유지하는 기능을 갖는 냉수기를 간략하게 "냉수기"로 호칭할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉수기의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉수기는 압축기(10), 응축기(20), 제 1 냉각기(30), 제 2 냉각기(40), 온도센서(50), 펌프(60), 제어기(70), 원수관(81), 냉수관(82), 냉매관(83), 및 냉수콕크(90)로 구성된다. 도 1에는 도면의 복잡도를 낮추기 위해 하나의 냉수콕크(90)만이 도시되어 있으나 본 실시예의 구현 시에는 여러 개의 냉수콕크(90)가 설치될 수 있다. 이하에서 본 실시예를 설명하는 과정에서 본 실시예는 상기된 구성요소 외에 다른 구성요소를 추가적으로 더 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명의 특징과 모순되지 않는 범위 내에서 상기된 구성요소 외에 다른 구성요소가 추가되거나 상기된 구성요소 중 일부가 제거되는 형태로 본 실시예는 변형될 수도 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 냉수기는 대한민국등록특허 제10-1577039호의 열교환기, 온수공급기 등을 추가적으로 포함함으로써 냉온수기로 변형될 수도 있다.

원수관(81)은 수도관(100)에 연결된 하나의 주관과 주관으로부터 분기된 2 개의 지관들로 구성된다. 원수관(81)의 2 개의 지관들 중 제 1 지관의 말단은 제 1 냉각기(30)의 원수입구에 연결되고 원수관(81)의 2 개의 지관들 중 제 2 지관의 말단은 제 2 냉각기(40)의 원수입구에 연결된다. 원수관(81)의 주관으로부터 배출되는 원수의 수압에 의해 원수관(81)의 주관으로부터 배출되는 원수는 분류되어 원수관(81)의 제 1 지관과 원수관(81)의 제 2 지관으로 유입된다. 수도관(100)으로부터 배출되는 수돗물, 즉 원수는 고지대의 사용자에게 원활하게 공급될 수 있도록 항상 어느 정도 이상의 수압을 갖기 때문에 원수관(81)의 주관으로부터 배출되는 원수도 어느 정도 이상의 수압을 갖는다. 이러한 수압에 의해 원수관(81)의 주관으로부터 배출되는 원수는 분류되어 원수관(81)의 제 1 지관 측과 원수관(81)의 제 2 지관 측으로 단방향으로만 흐르게 된다.

냉수관(82)은 일단이 제 2 냉각기(40)의 냉수출구에 연결되고 타단이 냉수콕크(90)에 연결된다. 수도관(100)으로부터 배출되는 원수의 수압에 의해 제 2 냉각기(40)에 의해 냉각된 원수, 즉 냉수는 냉수관(82)을 통해 도 1에 도시된 화살표 방향으로 흐르게 된다. 냉매관(83)은 일단이 제 1 냉각기(30)의 냉매출구에 연결되고 타단이 압축기(10)의 입구에 연결되는 부분, 일단이 압축기(10)의 출구에 연결되고 타단이 응축기(20)의 입구에 연결되는 부분, 및 일단이 응축기(20)의 출구에 연결되고 타단이 제 1 냉각기(30)의 냉매입구에 연결되는 부분으로 구성된다. 압축기(10)의 동력에 의해 냉매는 냉매관(83)을 통해 도 1에 도시된 화살표 방향으로 순환하게 된다.

압축기(10)는 제 1 냉각기(30)로부터 고온의 기체 상태의 냉매를 흡입하여 압축시키고 압축된 고온의 기체 상태의 냉매를 응축기(20)로 배출한다. 제 1 냉각기(30)의 냉매출구와 압축기(10)의 입구 사이에 연결된 냉매관(83)을 통하여 압축기(10)의 입구에 흡입된 고온 저압의 기체 상태의 냉매는 압축기(10)에 의해 고온 고압의 기체 상태의 냉매로 전환되고, 고온 고압의 기체 상태의 냉매는 압축기(10)의 출구와 응축기(20)의 입구 사이에 연결된 냉매관(83)을 통하여 압축기(10)의 출구로부터 응축기(20)의 입구로 배출된다.

응축기(20)는 압축기(10)에 의해 압축된 기체 상태의 냉매를 액체 상태의 냉매로 응축시킨다. 압축기(10)의 출구와 응축기(20)의 입구 사이에 연결된 냉매관(83)을 통하여 응축기(20)의 입구에 유입된 고온 고압의 기체 상태의 냉매는 공기와의 열교환 과정에서 열을 잃어 액체 상태의 냉매로 전환된다. 예를 들어, 응축기(20)는 냉매와 공기 사이의 접촉을 증대시키기 위하여 도 1에 도시된 바와 같은 플레이트 핀 코일(plate fin coil)로 구현될 수 있다. 본 실시예에 따른 냉동 사이클에 따르면, 압축기(10)에서 압축된 고온 고압의 기체 상태의 냉매는 응축기(20)에서 저온 고압의 액체 상태의 냉매로 응축된 후에 제 1 냉각기(30)에서 저온 고압의 액체 상태의 냉매가 저온 저압의 기체 상태의 냉매로 증발된다. 제 1 냉각기(30)에서 저온 고압의 액체 상태의 냉매가 저온 저압의 기체 상태의 냉매로 증발되는 과정에서 제 1 냉각수조(32) 내부에 담긴 물은 냉각된다.

제 1 냉각기(30)는 제 1 냉각수조(32)를 구비하며 응축기(20)에 의해 응축된 액체 상태의 냉매의 증발열을 이용하여 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도를 하강시킨다. 응축기(20)의 출구와 제 1 냉각기(30)의 입구 사이에 연결된 냉매관(83)을 통하여 제 1 냉각기(30)에 유입된 고압의 액체 상태의 냉매는 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수로부터 열을 흡수하여 증발되고, 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 응축기(20)로부터 유입된 액체 상태의 냉매가 증발되는 과정에서 열을 빼앗겨 그 온도가 하강된다. 이와 같이, 제 1 냉각기(30)에 유입된 액체 상태의 냉매는 냉각수와 열교환하는 과정을 통하여 기화되게 된다. 이하에서 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 "제 1 냉각수조(32)의 냉각수"로 간략하게 호칭될 수도 있다.

도 2는 도 1에 도시된 냉수기의 일부 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 제 1 냉각기(30)의 분해도이다. 도 2에는 본 실시예의 특징과 관련되어 있는 제 1 냉각기(30), 제 2 냉각기(40), 및 이것들간의 연결 배관의 단면이 도시되어 있다. 도 1-3을 참조하면, 제 1 냉각기(30)는 팽창밸브(31), 제 1 냉각수조(32), 증발기(33), 및 제 1 덮개(34)로 구성된다. 팽창밸브(31)는 응축기(20)의 출구에 연결된 냉매관(83)을 통하여 응축기(20)로부터 유입된 냉매의 교축에 의해 응축기(20)로부터 유입된 냉매를 팽창시켜 감압시킨다. 팽창밸브(31)에 의해 응축기(20)로부터 유입된 고압의 액체 상태의 냉매는 저압의 액체 상태의 냉매로 전환된다.

제 1 냉각수조(32)는 상면이 개방된 사각통 형태로 형성되어 그 내부에는 냉각수가 저장된다. 제 1 냉각수조(32)는 단열성 및 내식성이 우수한 스티로폼 소재로 제작됨이 바람직하다. 제 1 냉각수조(32)의 상부의 일측에는 제 1 냉각수조(32)와 제 2 냉각수조(41) 사이의 상관(upper pipe)(342)과 연결되는 냉각수입구가 형성되어 있고, 상부의 타측에는 원수관(81)의 제 2 지관과 연결되는 원수입구가 형성되어 있다. 제 1 냉각수조(32)의 하부의 일측에는 제 1 냉각수조(32)와 제 2 냉각수조(41) 사이의 하관(lower pipe)(341)과 연결되는 냉각수출구가 형성되어 있다. 제 1 냉각수조(32)의 상부에는 제 1 냉각수조(32)의 개방 상면으로부터 냉각수가 흘러 넘침을 방지하기 위한 배수구가 추가적으로 더 형성되어 있을 수 있다.

여기에서, 제 1 냉각수조(32)의 원수입구는 제 1 냉각기(30)의 원수입구에 해당한다. 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 증발 등 여러 가지 원인으로 인해 그 양이 점차적으로 감소될 수 있다. 제 1 냉각수조(32)의 냉각수 양이 감소된 경우, 사용자에 의해 원수관(81)의 제 2 지관에 삽입된 밸브가 개방될 수 있다. 이에 따라, 제 1 냉각수조(32)의 원수입구를 통해 제 1 냉각수조(32)의 내부로 수도관(100)으로부터 원수가 유입됨으로써 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 감소분이 보충될 수 있다.

증발기(33)는 나선형의 코일 형태로 형성되어 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수에 잠김으로써 증발기(33) 내의 냉매와 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수 사이에 열이 교환되게 된다. 도 1-3에 도시된 바와 같이, 증발기(33)는 각 일회전 형태가 사각코일 형태일 수 있고 원형코일이나 다른 다각코일 형태일수도 있다. 이러한 코일 형태의 증발기(33)의 입구는 응축기(20)의 출구측 냉매관(83)에 연결되고 출구는 압축기(10)의 입구측 냉매관(83)에 연결되어 증발기(33)에는 팽창밸브(31)로부터 유입되어 압축기(10)로 배출되는 냉매가 흐르게 된다. 여기에서, 증발기(33)의 입구는 제 1 냉각기(30)의 냉매입구에 해당하고, 증발기(33)의 출구는 제 1 냉각기(30)의 냉매출구에 해당한다.

이와 같이, 증발기(33)는 나선형의 코일 형태로 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수에 잠겨 있기 때문에 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 증발기(33)를 통해 흐르는 냉매 사이의 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있다. 증발기(33)는 그 주변과의 온도 차이만큼 주변으로부터 열을 흡수함으로써 그 내부에 흐르는 냉매를 증발시키고, 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 그 주변과의 온도 차이만큼 주변에 열을 방출함으로써 냉각된다. 이와 같이, 증발기(33)는 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장된 냉각수로부터 열을 흡수하고 이와 같이 흡수된 열을 이용하여 팽창밸브(31)에 의해 감압된 액체 상태의 냉매를 증발시킨다.

제 1 덮개(34)는 제 1 냉각수조(32)의 개방 상면의 일부를 덮는다. 이에 따라, 제 1 냉각수조(32)의 개방 상면 중 제 1 덮개(34)에 의해 가려된 부분을 제외한 나머지 부분은 개방되어 있게 된다. 제 1 냉각수조(32)의 개방 상면 중 제 1 덮개(34)에 의해 가려진 부분을 제외한 나머지 부분을 통해 증발기(33)의 입구와 출구가 노출된다. 이와 같이 노출된 증발기(33)의 입구와 출구에 냉매관(83)이 연결된다.

제 2 냉각기(40)는 제 2 냉각수조(41)를 구비하며 수도관(100)으로부터 유입된 원수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 담긴 냉각수간의 온도 차이를 이용하여 수도관(100)으로부터 유입된 원수의 온도를 하강시킴으로써 수도관(100)으로부터 유입된 원수를 사용자에게 공급될 냉수로 전환한다. 수도관(100)으로부터 유입된 원수는 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수로 열을 배출하여 그 온도가 하강되고, 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 수도관(100)으로부터 유입된 원수로부터 열을 흡수하여 그 온도가 상승된다. 이와 같이, 수도관(100)으로부터 유입된 원수는 냉각수와 열교환하는 과정을 통하여 냉각되게 된다. 이하에서 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 "제 2 냉각수조(41)의 냉각수"로 간략하게 호칭될 수도 있다.

도 4는 도 1에 도시된 제 2 냉각기(40)의 분해도이다. 도 1-2, 및 4를 참조하면, 제 2 냉각기(40)는 제 2 냉각수조(41), 냉각코일(42), 교반기(43), 및 제 2 덮개(44)로 구성된다. 제 2 냉각수조(41)는 상면이 개방된 사각통 형태로 형성되어 그 내부에는 냉각수가 저장된다. 제 2 냉각수조(41)는 단열성 및 내식성이 우수한 스티로폼 소재로 제작됨이 바람직하다. 제 2 냉각수조(41)의 상부의 일측에는 제 1 냉각수조(32)와 제 2 냉각수조(41) 사이의 상관(342)과 연결되는 냉각수출구가 형성되어 있고, 하부의 일측에는 제 1 냉각수조(32)와 제 2 냉각수조(41) 사이의 하관(341)과 연결되는 냉각수입구가 형성되어 있다. 제 2 냉각수조(41)의 상부에는 제 2 냉각수조(41)의 개방 상면으로부터 냉각수가 흘러 넘침을 방지하기 위한 배수구가 추가적으로 더 형성되어 있을 수 있다.

냉각코일(42)은 나선형의 코일 형태로 형성되어 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장된 냉각수에 잠긴 상태로 설치됨으로써 냉각코일(42) 내의 원수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장된 냉각수 사이에 열이 교환되게 된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각코일(42)은 각 일회전 형태가 원형코일 형태일 수 있고 사각코일이나 다른 다각코일 형태일수도 있다. 냉각코일(42)의 입구는 원수관(81)에 연결되고 출구는 냉수관(82)에 연결되어 냉각코일(42)에는 수도관(100)으로부터 유입되어 냉수콕크(90)로 배출되는 원수가 흐르게 된다. 여기에서, 냉각코일(42)의 입구는 제 2 냉각기(40)의 원수입구에 해당하고, 냉각코일(42)의 출구는 제 2 냉각기(40)의 원수출구에 해당한다.

학교, 단체급식소, 고속도로 휴게소 등과 같은 공동시설물에 설치되는 냉수기는 일반적으로 여러 개의 냉수콕크(90)를 구비하는데, 이에 따라 냉각코일(42)은 여러 개의 나선형 코일이 겹쳐져 말린 형태로 형성될 수 있다. 도 4에는 두 개의 나선형 코일이 겹쳐져 말린 형태가 도시되어 있으며, 이 경우의 냉수콕크(90)의 개수는 두 개이다. 냉수콕크(90)의 개수가 증가할수록 냉각코일(42)은 냉수콕크(90)의 개수만큼의 나선형 코일이 겹쳐져 말린 형태로 형성될 수 있다.

교반기(43)는 제어기(70)의 제어에 따라 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수를 교반시킨다. 교반기(43)는 프로펠러(431), 샤프트(432), 및 모터(433)로 구성될 수 있다. 샤프트(432)의 일단에는 프로펠러(431)가 부착되어 있고 샤프트(432)의 타단은 모터(433)의 회전축에 결합되어 있다. 프로펠러(431)는 냉각코일(42)의 중심에 배치됨이 바람직하다. 모터(433)에 의해 프로펠러(431)가 회전되면 제 1 냉각수조(32)로부터 제 2 냉각수조(41)로 유입된 냉각수와 제 2 냉각수조(41) 내부에 있던 기존 냉각수간에 신속한 혼합이 이루어짐에 따라 제 2 냉각수조(41) 내부는 신속하게 열적 평형상태에 도달하게 된다.

또한, 모터(433)에 의해 프로펠러(431)가 회전되면 제 2 냉각수조(41) 내부의 냉각수의 냉기는 냉각코일(42) 내의 원수에 효과적으로 전달되어 냉각코일(42) 내의 원수는 신속하게 냉각될 수 있다. 교반기(43)에서 소모되는 전기에너지를 절감하기 위해, 교반기(43)는 제어기(70)의 제어에 따라 펌프(60)의 펌핑 개시시점부터 펌핑 정지시점까지 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수를 교반시킬 수 있다. 이러한 교반기(43)의 교반 동작을 위해, 제어기(70)는 펌프(60)로 펌핑 온을 나타내는 신호를 출력함과 동시에 모터(433)로 회전 온을 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 제 2 냉각수조(41) 내부가 신속하게 열적 평형상태에 도달하도록 하기 위해 펌프(60)의 펌핑 정지시점 이후에도 일정 시간동안 교반기(43)의 교반이 지속될 수 있다.

제 2 덮개(44)는 제 2 냉각수조(41)의 개방 상면의 일부를 덮는다. 이에 따라, 제 2 냉각수조(41)의 개방 상면 중 제 2 덮개(44)에 의해 가려된 부분을 제외한 나머지 부분은 개방되어 있게 된다. 제 2 냉각수조(41)의 개방 상면 중 제 2 덮개(44)에 의해 가려진 부분을 제외한 나머지 부분을 통해 냉각코일(42)의 입구와 출구가 노출된다. 이와 같이 노출된 냉각코일(42)의 입구와 출구에 원수관(81)과 냉수관(82)이 연결된다.

온도센서(50)는 제 2 냉각수조(41)의 내부에 설치되어 제 2 냉각수조(41) 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도를 검출한다. 온도센서(50)는 접촉식과 비접촉식으로 분류된다. 접촉식은 물체에 직접 접촉하여 온도를 검출하는 방식이고, 비접촉식은 물체로부터 방사되는 열 에너지를 검출하는 방식이다. 도 1-2에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 접촉식의 온도센서(50)를 사용한다. 온도센서(50)는 그것의 센싱 부위, 즉 온도의 변화에 따라 전기적 특성이 변하는 소재의 부위가 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수에 잠겨 있는 상태로 제 2 냉각수조(41)의 내부에 설치되어 제 2 냉각수조(41) 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도를 검출한다.

온도센서(50)의 하단, 즉 센싱 부위가 제 2 냉각수조(41)의 하부 냉각수입구 근처에 위치할 경우에 온도센서(50)는 제 2 냉각수조(41) 내부가 열적 평형상태에 도달한 상태에서의 온도가 아닌, 제 1 냉각수조(32)의 냉각수 온도를 검출할 가능성이 높다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 온도센서(50)의 하단은 가급적 제 2 냉각수조(41)의 하부 냉각수입구로부터 멀리 떨어져서 위치함이 바람직하다. 제 1 냉각수조(32)로부터 제 2 냉각수조(41)로 냉각수가 유입되면 제 2 냉각수조(41) 내부가 열적 평형상태에 도달하기까지는 상당한 시간이 소요되기 때문에 온도센서(50)의 하단이 제 2 냉각수조(41)의 내부의 어떤 곳에 위치하더라도 온도센서(50)가 항상 제 2 냉각수조(41) 내부가 열적 평형상태에 도달한 상태에서의 온도를 검출할 수 있는 것은 아니다.

예를 들어, 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수간의 온도 차이가 작은 경우에 제 2 냉각수조(41)의 상부 측의 냉각수의 온도는 일시적으로 상승될 수 있다. 본 실시예는 이러한 온도센서(50)의 냉각수 온도 검출 특성을 고려하여 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 혼합량을 제어함으로써 사용자에게 공급되는 냉수의 온도 편차가 거의 발생하지 않도록 한다. 이것을 실현하기 위한 구체적인 기술적 수단에 대해서는 아래에서 살펴보기로 한다.

펌프(60)는 제 1 냉각수조(32)와 제 2 냉각수조(41) 사이에 설치되어 제어기(70)의 제어에 따라 제 1 냉각수조(32)에 저장되어 있는 냉각수를 제 2 냉각수조(41)로 이송한다. 도 1-4에 도시된 바와 같이, 펌프(60)는 제 1 냉각수조(32)와 제 2 냉각수조(41) 사이의 하관(341)의 중간 지점에 삽입되어 제어기(70)의 제어에 따라 제 1 냉각수조(32)에 저장되어 있는 냉각수를 제 2 냉각수조(41)로 이송한다. 즉, 펌프(60)는 제어기(70)로부터 펌프(60)의 펌핑 개시를 나타내는 신호를 수신하면 제 1 냉각수조(32)의 내부로부터 제 2 냉각수조(41)의 내부로의 냉각수 이송을 개시하고, 제어기(70)로부터 펌프(60)의 펌핑 정지를 나타내는 신호를 수신하면 제 1 냉각수조(32)의 내부로부터 제 2 냉각수조(41)의 내부로의 냉각수 이송을 정지한다.

본 실시예에서는 하나의 펌프(16)를 사용하여 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수가 서로 혼합될 수 있도록 하였으나, 두 개의 펌프를 사용하여 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수가 서로 혼합될 수 있도록 할 수도 있다. 두 개의 펌프를 사용하는 경우, 두 개의 펌프 중 어느 하나는 제 1 냉각수조(32)에 저장되어 있는 냉각수를 제 2 냉각수조(41)로 이송하는 용도로 사용되며, 다른 하나는 제 2 냉각수조(41)에 저장되어 있는 냉각수를 제 1 냉각수조(32)로 사용될 수 있다.

이 경우는 아래에 설명된, 제 2 냉각수조(41)에 저장되어 있는 냉각수의 수위 상승에 의해 제 1 냉각수조(32)로 자연 배수될 수 있도록 하는 상관(342)과 하관(341)의 상하 연결구조를 필요로 하지 않기 때문에 제 1 냉각수조(32)와 제 2 냉각수조(41)에 냉각수 혼합을 위한 구멍을 뚫을 필요 없이 제 1 냉각수조(32)의 내부에 어느 하나의 펌프를 설치하고, 제 2 냉각수조(2)의 내부에 다른 하나의 펌프를 설치한 상태에서 두 개의 펌프를 연질의 튜브로 연결하는 간단한 구조로 제 1 냉각수조(32)의 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 냉각수가 서로 혼합될 수 있도록 할 수 있다는 장점이 있으나 펌프 추가로 인해 제작단가가 상승할 수 있다.

제어기(70)는 온도센서(50)의 출력 신호를 수신하고, 온도센서(50)의 출력 신호가 나타내는 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도, 즉 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도에 기초하여 상기 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 상기 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수가 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 제 2 냉각수조(41)로부터 사용자에게 공급될 냉수의 정온에 해당하는 기준 온도보다 높으면 서로 혼합되도록 펌프(60)의 펌핑 동작을 제어한다. 제어기(70)는 아래에서 설명된 바와 같은 냉수 온도 제어 방법에 따라 펌프(60)의 펌핑 동작을 제어할 수 있는 마이컴과 이러한 제어 방법이 컴퓨터프로그램 형태로 저장된 메모리 등으로 구현될 수 있다.

이에 따라, 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 기준 온도보다 높으면 서로 혼합된다. 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 상술한 바와 같은 냉동 사이클에 따른 냉매의 증발 과정에서 냉각되고 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수에 대해서는 이러한 강제 냉각 방식이 적용되지 않으며 냉수기는 일반적으로 실내에 설치되기 때문에 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도는 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도보다 낮다.

따라서, 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수가 혼합되면 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수로 열을 배출하여 그 온도가 하강되고, 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수로부터 열을 흡수하여 그 온도가 상승된다. 이와 같이, 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 열교환하는 과정을 통하여 냉각되게 된다.

대한민국등록특허 제10-1577039호 "고효율의 절전형 냉온수기", 대한민국등록특허 제10-1685985호 "냉수 공급 장치 및 그 제어방법", 대한민국등록특허 제10-1350358호 "절전형 직수식 냉온정수기" 등과 같은 종래의 냉수기는 하나의 냉각수조 내에서 증발기와 냉각수의 열교환을 통해 냉각수가 냉각되고, 냉각수와 냉각코일 내의 원수간의 열교환을 통해 냉수코일 내의 원수가 냉각되도록 하는 방식을 채용하고 있다. 이와 같은 종래의 냉수기에서는 사용자에게 공급되는 냉수의 온도 편차가 심함에 따라 사용자가 이가 시릴 정도로 과냉각된 냉수를 음용하거나 덜 냉각되어 청량감이 떨어지는 냉수를 음용할 수 있다는 문제점이 있었다.

냉각수의 온도가 떨어지면 증발기의 표면에 얼음이 생성되는 데, 증발기 표면에 적당한 두께의 얼음층이 형성될 경우에 사용자의 음용에 적합한 온도의 냉수가 제조되도록 압축기의 구동 간격, 냉각수조의 크기, 증발기와 냉각코일의 간격 등 냉수기의 여러 가지 요소가 설계된다. 사용자의 장시간 냉수 미섭취로 인해 냉각코일 내의 원수 흐름이 장시간 멈추어 있으면 증발기의 표면에 매우 두꺼운 얼음층이 형성되어 냉각수가 과냉각될 수 있다. 반대로, 사용자의 장시간 냉수 섭취로 인해 냉수코일 내의 원수 흐름이 장시간 지속되면 증발기의 표면에 형성된 얼음이 녹게 되어 냉각수가 덜 냉각될 수 있다. 원수의 냉각에 사용되는 냉각수의 온도 편차가 심하면 사용자에게 공급되는 냉수의 온도 편차도 심하게 된다.

본 실시예에 따르면, 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 상기 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높으면 서로 혼합되기 때문에 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도는 기준 온도보다 높으면 하강하게 된다. 결과적으로, 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도는 기준 온도, 즉 사용자에게 공급될 냉수의 정온에 수렴하게 됨에 따라 사용자는 기준 온도에 해당하는 항상 청량감을 주는 일정한 온도의 냉수를 섭취할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 증발기 표면에 적당한 두께의 얼음층이 형성되도록 압축기는 간헐적으로 구동된다. 종래의 냉각기에서는 하나의 냉각수조 내에 냉매가 흐르는 증발기와 원수가 흐르는 냉수코일이 설치됨에 따라 증발기 표면의 얼음이 녹게 되면 증발기 표면에 다시 얼음층이 형성되도록 하기 위해서는 원수의 냉각에 요구되는 에너지 외에 증발기 표면에서의 물로부터 얼음으로의 상전환에 요구되는 잠열에 상당하는 에너지가 추가적으로 소모된다는 문제점이 있었다.

본 실시예에 따르면, 냉매의 증발열을 이용하는 냉각수 냉각은 제 1 냉각기(30)의 제 1 냉각수조(32)의 내부에서 이루어지고 원수와 냉각수간의 온도 차이를 이용하는 원수 냉각은 제 2 냉각기(40)의 제 2 냉각수조(41)의 내부에서 이루어짐에 따라 냉각코일(42) 내에서의 원수의 흐름 여부는 제 1 냉각기(30)의 냉각 작용에 영향을 주지 않게 된다. 즉, 냉매가 흐르는 증발기(33)는 제 1 냉각수조(32)의 내부에 위치하고 원수가 흐르는 냉각코일(42)은 제 2 냉각수조(41)의 내부에 위치함에 따라 냉각코일(42) 내에서의 원수의 흐름 여부는 증발기(33)의 표면 온도 변화에 영향을 주지 않게 된다. 이에 따라, 증발기(33) 표면에는 압축기(10)의 구동 시간에 비례하는 항상 일정한 두께의 얼음층이 형성될 수 있어 종래의 단일 냉각수조 내에서의 물로부터 얼음으로의 상전환에 요구되는 잠열에 상당하는 에너지 소모가 사라지게 된다. 결과적으로, 본 실시예에 따른 냉수기의 냉각 효율은 종래의 냉수기보다 향상될 수 있다.

제어기(70)는 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 기준 온도보다 높으면 펌프(60)의 펌핑을 개시시키고, 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 목표 최저온도보다 높으면 펌프(60)의 펌핑을 정지시킨다. 펌프(60)는 이러한 제어기(70)의 제어에 따라 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 기준 온도보다 높으면 제 1 냉각수조(32)의 내부로부터 제 2 냉각수조(41)의 내부로의 냉각수 이송을 개시하고, 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 목표 최저온도보다 낮으면 제 1 냉각수조(32)의 내부로부터 제 2 냉각수조(41)의 내부로의 냉각수 이송을 정지한다.

이에 따라, 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 기준 온도보다 높으면 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도와 목표 최저온도의 차이에 비례하는 양만큼 서로 혼합된다. 여기에서, 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 목표 최저온도는 기준 온도와 동일할 수도 있고 기준 온도보다 낮을 수도 있다.

펌프(60)에 의해 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수가 제 2 냉각수조(41)로 하관(341)을 통해 이송되기 시작하면, 제 2 냉각수조(41)의 하부에는 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수보다 낮은 온도의 냉각수가 유입되기 시작한다. 이 때, 제 2 냉각수조(41) 내부의 상부보다 하부의 온도가 낮기 때문에 대류가 원활하게 이루어지지 않아 제 2 냉각수조(41) 내부의 냉각수 전체가 열적 평형상태에 도달하기까지는 다소의 시간이 소요되며, 펌프(60)의 펌핑 시작 후에도 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도는 일시적으로 상승할 수 있다.

이에 더하여, 펌프(60)의 단위시간당 토출량이 적은 경우라면 제 2 냉각수조(41) 내부의 냉각수 전체가 열적 평형상태에 도달하기까지는 상당한 시간이 소요되며, 펌프(60)의 펌핑 시작 후에도 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 꽤 상승할 수도 있다. 펌프(60)의 성능이 낮아 제 2 냉각수조(41) 내부의 냉각수 전체가 열적 평형상태에 도달하기까지는 상당한 시간이 소요되는 경우라면, 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 온도 편차를 최소화하기 위해서 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 목표 최저온도를 기준 온도로 설정할 수 있다.

한편, 펌프(60)의 성능이 우수하여 펌프(60)의 단위시간당 토출량이 많은 경우라면 제 2 냉각수조(41) 내부의 냉각수 전체가 열적 평형상태에 도달하기까지 짧은 시간이 소요되며, 펌프(60)의 펌핑 시작 후에 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41) 내부 냉각수의 온도 상승이 거의 없을 수 있다. 이 경우, 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 온도 편차를 최소화하기 위해 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 목표 최저온도를 기준 온도로 설정하면 펌프(60)의 펌핑 동작이 자주 온오프(on off)됨에 따라 펌프(60)의 수명이 단축될 수 있다. 이 경우, 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 목표 최저온도는 기준 온도보다 약간 낮게 설정됨이 바람직하다.

제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 목표 최저온도가 기준 온도보다 과도하게 낮게 설정되면 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 온도 편차가 증가되어 사용자에게 공급되는 냉수의 온도 편차가 증가될 수 있다. 특히, 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 전체가 열적 평형상태에 도달한 때의 냉각수 온도는 펌프(60)의 펌핑이 중단된 시점의 냉각수 온도보다 낮을 수 있다. 따라서, 펌프(60)의 빈번한 온오프를 방지하면서 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 온도 편차가 최소화되는 측면에서 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 목표 최저온도가 설정됨이 바람직하다.

하관(341)의 일단은 제 1 냉각수조(32)의 하부 냉각수출구에 연결되고 타단은 제 2 냉각수조(41)의 하부 냉각수입구에 연결되어 하관(341)에는 제 1 냉각수조(32)로부터 배출되어 상기 제 2 냉각수조(41)로 유입되는 냉각수가 흐른다. 상관(342)의 일단은 제 1 냉각수조(32)의 상부 냉각수입구에 연결되고 타단은 제 2 냉각수조(41)의 상부 냉각수출구에 연결되어 상관(342)에는 제 2 냉각수조(41)로부터 배출되어 제 1 냉각수조(32)로 유입되는 냉각수가 흐른다. 도 1-2, 및 4에 도시된 바와 같이, 펌프(60)는 하관(341)의 중간에 삽입되어 제어기(70)의 제어에 따라 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수를 제 2 냉각수조(41)로 토출시킴으로써 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 수위를 상승시킨다.

펌프(60)가 하관(341)이 아닌 상관(342)의 중간에 삽입될 경우, 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 상측에 이 냉각수보다 차가운 냉각수가 유입됨에 따라 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수에 제 1 냉각수조(32)로부터 유입된 냉각수가 완전하게 혼합된 열적 평형상태에 펌프(60)가 하관(341)의 중간에 삽입된 경우보다 신속하게 도달할 수 있다. 냉각코일(42) 내의 원수는 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와의 열교환을 통해 냉각되기 때문에 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 수위는 항상 냉각코일(42) 전체가 잠길 수 있도록 유지되어야 하는데, 펌프(60)가 상관(342)의 중간에 삽입될 경우, 하관(341)을 통해 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수가 항상 혼합될 수 있는 상태에 놓이게 된다.

이에 따라, 펌프(60)가 상관(342)의 중간에 삽입될 경우에는 하관(341) 내의 냉각수의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브 등이 추가적으로 요구되어 본 실시예에 따른 냉수기의 구성이 복잡해질 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 솔레노이드밸브의 개방 시에 펌프(60)의 펌핑 동작과 무관하게 하관(341)을 통해 제 1 냉각수조(32)와 제 2 냉각수조(41) 사이에 냉각수가 왕래할 수 있는 상태에 놓이기 때문에 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수간의 혼합량 제어가 매우 어렵게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 실시예에서는 펌프(60)가 하관(341)의 중간에 삽입된다. 펌프(60)의 펌핑에 의해 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 수위가 상승하여 제 2 냉각수조(41)의 상부 냉각수출구에 도달하면 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 제 2 냉각수조(41)의 상부 냉각수출구에 연결된 상관(342)을 통하여 제 1 냉각수조(32)로 유입된다. 이와 같이, 본 실시예는 제 1 냉각수조(32)와 제 2 냉각수조(41) 사이에 상하로 상관(342)과 하관(341)을 연결하고 하관(341)에 펌프(60)를 삽입함으로써 펌프(60)의 펌핑 동작 제어만으로 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 혼합량이 정확하게 제어될 수 있다.

제어기(70)는 펌프(60)가 제 2 냉각수조(41)의 내부 공간 중 하관(341)의 하측 공간의 체적의 크기에 비례하는 펌핑 속도로 펌핑하도록 펌프(60)의 펌핑 동작을 제어할 수 있다. 제 2 냉각수조(41)의 내부 공간 중 하관(341)의 하측 공간의 체적의 크기가 클수록 제 2 냉각수조(41)의 내부에는 더 많은 양의 냉각수가 저장되어 있게 된다. 이에 따라, 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 기준 온도에 신속하게 도달하도록 하기 위해서는 제 2 냉각수조(41)의 내부 공간 중 하관(341)의 하측 공간의 체적의 크기가 클수록 보다 고속으로 펌프(60)의 펌핑이 이루어져야 한다.

한편, 제 2 냉각수조(41)의 내부 공간 중 하관(341)의 하측 공간의 체적의 크기가 작은 경우에 펌프(60)가 고속으로 펌핑하게 되면 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수 부피에 비해 과량의 매우 찬 냉각수가 짧은 순간에 제 1 냉각수조(32)로부터 제 2 냉각수조(41)로 유입되어 제 2 냉각수조(41)의 냉각수가 과냉각될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 제어기(70)는 펌프(60)가 제 2 냉각수조(41)의 내부 공간 중 하관(341)의 하측 공간의 체적의 크기에 비례하는 펌핑 속도로 펌핑하도록 펌프(60)의 펌핑 동작을 제어함으로써 제 2 냉각수조(41)의 온도 편차를 최소화하여 사용자에게 공급되는 냉수의 온도 편차를 최소화할 수 있다.

이러한 제 2 냉각수조(41)의 내부 체적 기반의 펌핑 속도 제어는 제 2 냉각수조(41)의 내부 체적 크기 외에 제 1 냉각수조(32)의 냉각수 온도 등 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도에 영향을 줄 수 있는 다른 요소가 반영되지 않음에 따라 제 2 냉각수조(41)의 온도 편차 최소화에 오류가 발생할 수 있다. 본 실시예에서 제어기(70)는 온도센서(50)의 출력신호의 변화에 기초하여 펌프(60)의 펌핑에 의한 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 단위시간당 온도변화율을 산출하고, 산출된 냉각수의 단위시간당 온도변화율에 기초하여 펌프(60)의 펌핑 속도를 산출하고, 펌프(60)가 산출된 펌프(60)의 펌핑 속도로 펌핑하도록 펌프(60)의 펌핑 동작을 제어할 수 있다. 이와 같이, 펌프(60)의 펌핑 속도 제어에 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41) 내부의 냉각수에 대한 실제 온도 변화가 반영됨으로써 펌프(60)의 펌핑 속도 제어에 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도에 영향을 줄 수 있는 모든 요소가 반영될 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 제어기(70)의 냉수 온도 제어 방법의 흐름도이다. 이러한 제어기(70)의 냉수 온도 제어 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

도 5를 참조하면, 51 단계에서 제어기(70)는 온도센서(50)의 출력신호를 수신한다. 52 단계에서 제어기(70)는 51 단계에서 수신된 온도센서(50)의 출력신호가 나타내는 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 기준 온도보다 높은가를 확인하고, 그 결과 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 기준 온도보다 높으면 53 단계로 진행하고 그렇지 않으면 51 단계로 돌아간다. 53 단계에서 제어기(70)는 펌프(60)의 펌핑 속도를 최고 속도로 설정하여 펌프(60)의 펌핑을 개시한다. 여기에서, 펌프(60)의 최고 속도는 반드시 펌프(60)의 성능 면에서의 최고 속도를 의미하는 것은 아니며, 사용자에게 공급되는 냉수의 온도 편차를 최소화하기 위해 설정된 최고 속도일 수도 있다.

54 단계에서 제어기(70)는 온도센서(50)의 출력신호를 수신한다. 55 단계에서 제어기(70)는 54 단계에서 수신된 온도센서(50)의 출력신호가 나타내는 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 목표 최저온도보다 낮은가를 확인하고, 그 결과 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 목표 최저온도보다 낮으면 510 단계로 진행하고 그렇지 않으면 56 단계로 진행한다. 510 단계에서 제어기(70)는 펌프(60)의 펌핑을 정지시키고 51 단계로 돌아간다. 56 단계에서 제어기(70)는 54 단계에서의 수신 시점으로부터 단위시간이 경과된 시점에서 온도센서(50)의 출력신호를 수신한다. 본 실시예에서, 단위시간은 1초일 수 있다. 단위시간이 짧을수록 사용자에게 공급되는 냉수의 온도가 정밀하게 제어될 수 있으나 제어기(70)의 부하를 증가시킬 수 있기 때문에 단위시간의 길이는 적절하게 설정되어야 한다.

57 단계에서 제어기(70)는 다음 수학식 1에 따라 54 단계에서 수신된 온도센서(50)의 출력신호가 나타내는 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도와 56 단계에서 수신된 온도센서(50)의 출력신호가 나타내는 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도의 차이로부터 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 단위시간당 온도변화량을 산출한다. 수학식 1에서 "Tr"은 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 단위시간당 온도변화량을 의미하고, "Tc"는 56 단계에서 수신된 온도센서(50)의 출력신호가 나타내는 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도, 즉 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 현재 온도를 의미하고, "Tp"는 54 단계에서 수신된 온도센서(50)의 출력신호가 나타내는 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도, 즉 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 직전 온도를 의미한다. "Tu"는 단위시간을 의미한다.

58 단계에서 제어기(70)는 다음 수학식 2에 따라 57 단계에서 산출된 단위시간당 온도변화량을 이용하여 펌프(60)의 펌핑 속도를 산출한다. 수학식 2에서 "V"는 펌프(60)의 펌핑 속도를 의미하고, "Vm"은 펌프(60)의 최고 속도를 의미하고, "S"는 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 단위시간당 온도변화량을 펌프(60)의 펌핑 속도의 감산 값으로 환산하기 위한 환산계수(scaling factor)를 의미한다. 즉, 58 단계에서 제어기(70)는 57 단계에서 산출된 단위시간당 온도변화량을 펌프(60)의 펌핑 속도의 감산 값으로 환산하고, 펌프(60)의 최고 속도로부터 이와 같이 환산된 감산 값을 감산함으로써 펌프(60)의 펌핑 속도를 산출한다.

59 단계에서 제어기(70)는 58 단계에서 산출된 펌핑 속도로 펌프(60)의 펌핑 속도를 변경하고 54 단계로 돌아간다. 따라서, 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도 변화가 작을수록 펌프(60)의 펌핑 속도는 증가하게 되고, 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도 변화가 클수록 펌프(60)의 펌핑 속도는 감소하게 된다. 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수간의 온도 차이가 클수록 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 단위시간당 온도변화율은 증가하고, 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수간의 온도 차이가 작을수록 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 단위시간당 온도변화율은 감소한다.

제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수간의 온도 차이가 큰 경우에 펌프(60)의 펌핑 속도가 고속이면 펌프(60)의 펌핑이 정지되더라도 제 2 냉각수조(41)의 하부에는 온도센서(50)의 온도 검출에 아직 반영되지 않은 많은 양의 매우 찬 냉각수가 잔존함에 따라 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 목표 최저온도보다 훨씬 낮은 온도로 냉각될 수 있다. 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수간의 온도 차이가 작은 경우에 펌프(60)의 펌핑 속도가 저속이면 제 2 냉각수조(41)의 상부 측의 냉각수는 상당 시간 온도 상승이 지속될 수 있다.

본 실시예는 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수간의 온도 차이가 큼으로 인해 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 단위시간당 온도변화율이 큰 경우에는 펌프(60)의 펌핑 속도를 감소시킴으로써 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도가 목표 최저온도보다 과다 하강됨을 방지하고, 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수간의 온도 차이가 작음으로 인해 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 단위시간당 온도변화율이 작은 경우에는 펌프(60)의 펌핑 속도를 증가시킴으로써 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 온도가 기준 온도보다 과다 상승됨을 방지할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예는 펌프(60)의 펌핑 속도 제어에 제 2 냉각수조(41) 내부의 냉각수의 실제 온도 변화를 반영함으로써 여러 가지 인자에 기인하는 제 2 냉각수조(41) 내부의 냉각수의 온도 변화 특성에 영향을 받지 않고 사용자에게 공급되는 냉수의 온도 편차를 최소화할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명은 실시예들을 통하여 구체적으로 설명하였으나 이는 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니며 단지 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 따라서 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 ... 압축기
20 ... 응축기
30 ... 제 1 냉각기
31 ... 팽창밸브 32 ... 제 1 냉각수조
33 ... 증발기 34 ... 제 1 덮개
40 ... 제 2 냉각기
41 ... 제 2 냉각수조 42 ... 냉각코일
43 ... 교반기 44 ... 제 2 덮개
341 ... 하관 342 ... 상관
50 ... 온도센서
60 ... 펌프
70 ... 제어기
81 ... 원수관 82 ... 냉수관
83 ... 냉매관
90 ... 냉수콕크

Claims (7)

1. 고효율로 냉수의 정온을 유지하는 기능을 갖는 냉수기에 있어서,
   기체 상태의 냉매를 압축시키는 압축기(10);
   상기 압축기(10)에 의해 압축된 기체 상태의 냉매를 액체 상태의 냉매로 응축시키는 응축기(20);
   제 1 냉각수조(32)를 구비하며 상기 응축기(20)에 의해 응축된 액체 상태의 냉매의 증발열을 이용하여 상기 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도를 하강시키는 제 1 냉각기(30);
   제 2 냉각수조(41)를 구비하며 수도관(100)으로부터 유입된 원수와 상기 제 2 냉각수조(41)의 내부에 담긴 냉각수간의 온도 차이를 이용하여 상기 원수의 온도를 하강시킴으로써 상기 원수를 사용자에게 공급될 냉수로 전환하는 제 2 냉각기(40); 및
   상기 제 2 냉각수조(41) 내부에 저장되어, 상기 원수와의 열교환을 통하여 상기 원수를 냉각시키는 냉각수의 온도를 검출하는 온도센서(50)를 포함하고,
   상기 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 상기 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 상기 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 기준 온도보다 높으면 서로 혼합되고,
   상기 제 1 냉각수조(32)와 상기 제 2 냉각수조(41) 사이에 설치되어 상기 제 1 냉각수조(32)에 저장되어 있는 냉각수를 상기 제 2 냉각수조(41)로 이송하는 펌프(60); 및
   상기 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도에 기초하여 상기 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 상기 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수가 상기 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 기준 온도보다 높으면 서로 혼합되도록 상기 펌프(60)의 펌핑 동작을 제어하는 제어기(70)를 더 포함하고,
   상기 제어기(70)는 상기 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 상기 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수간의 온도 차이가 큼으로 인해 상기 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 단위시간당 온도변화율이 큰 경우에는 상기 펌프(60)의 펌핑 속도를 감소시키고, 상기 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 상기 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수간의 온도 차이가 작음으로 인해 상기 제 2 냉각수조(41)의 냉각수의 단위시간당 온도변화율이 작은 경우에는 상기 펌프(60)의 펌핑 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 냉수기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수와 상기 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 상기 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높으면 상기 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 온도와 목표 최저온도의 차이에 비례하는 양만큼 서로 혼합되는 것을 특징으로 하는 냉수기.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어기(70)는 상기 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 상기 기준 온도보다 높으면 상기 펌프(60)의 펌핑을 개시시키고, 상기 온도센서(50)에 의해 검출된 제 2 냉각수조(41)의 냉각수 온도가 목표 최저온도보다 낮으면 상기 펌프(60)의 펌핑을 정지시키는 것을 특징으로 하는 냉수기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어기(70)는 상기 온도센서(50)의 출력신호의 변화에 기초하여 상기 펌프(60)의 펌핑에 의한 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 단위시간당 온도변화율을 산출하고, 상기 산출된 냉각수의 단위시간당 온도변화율에 기초하여 상기 펌프(60)의 펌핑 속도를 산출하고, 상기 펌프(60)가 상기 산출된 펌프(60)의 펌핑 속도로 펌핑하도록 상기 펌프(60)의 펌핑 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉수기.
6. 제 1 항에 있어서,
   일단이 상기 제 1 냉각수조(32)의 하부 냉각수출구에 연결되고 타단이 상기 제 2 냉각수조(41)의 하부 냉각수입구에 연결되어 상기 제 1 냉각수조(32)로부터 배출되어 상기 제 2 냉각수조(41)로 유입되는 냉각수가 흐르는 하관(341); 및
   일단이 상기 제 1 냉각수조(32)의 상부 냉각수입구에 연결되고 타단이 상기 제 2 냉각수조(41)의 상부 냉각수출구에 연결되어 상기 제 2 냉각수조(41)로부터 배출되어 상기 제 1 냉각수조(32)로 유입되는 냉각수가 흐르는 상관(342)을 더 포함하고,
   상기 펌프(60)는 상기 하관(341)에 삽입되어 상기 제 1 냉각수조(32)의 내부에 저장되어 있는 냉각수를 상기 제 2 냉각수조(41)로 토출시킴으로써 상기 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 수위를 상승시키고,
   상기 펌프(60)의 펌핑에 의해 상기 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수의 수위가 상승하여 상기 제 2 냉각수조(41)의 상부 냉각수출구에 도달하면 상기 제 2 냉각수조(41)의 내부에 저장되어 있는 냉각수는 상기 상관(342)을 통하여 상기 제 1 냉각수조(32)로 유입되는 것을 특징으로 하는 냉수기.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제어기(70)는 상기 펌프(60)가 상기 제 2 냉각수조(41)의 내부 공간 중 상기 하관(341)의 하측 공간의 체적의 크기에 비례하는 펌핑 속도로 펌핑하도록 상기 펌프(60)의 펌핑 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉수기.

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