KR102054974B1

KR102054974B1 - 빙축열 방식의 냉수기 및 이에 사용되는 빙축액

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Publication number: KR102054974B1
Application number: KR1020110081225A
Authority: KR
Inventors: 문형민; 이수영; 정희도; 이현우; 손태용; 이경헌; 홍진표
Original assignee: 웅진코웨이 주식회사
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2019-12-12
Also published as: KR20130019208A

Abstract

빙축열 방식으로 냉수를 생성할 수 있는 빙축열 방식의 냉수기 및, 이러한 빙축열 방식의 냉수기에 구비되는 축열조에 적합한 조성을 갖는 빙축액이 개시된다.
개시되는 빙축열 방식의 냉수기는 프로필렌글리콜 수용액을 포함하는 빙축액이 수용된 축열조; 상기 축열조에 수용된 빙축액을 냉각시키도록, 상기 축열조 내부를 통과하며 냉매가 흐르는 냉각관과, 상기 냉각관을 흐르는 냉매를 냉각하는 냉각시스템을 포함하는 냉각부; 및 상기 축열조 내부를 통과하도록 설치되며, 상기 냉각부에 의해 냉각된 빙축액과 열교환을 통하여 유입된 물이 냉각된 후 출수되도록 하는 열교환관;을 포함하여, 열교환을 통하여 생성된 냉수를 사용자에게 음용을 위해 제공하는 빙축열 방식의 냉수기로서, 상기 프로필렌글리콜 수용액은 13 내지 27 중량퍼센트의 프로필렌글리콜을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 빙축열 방식의 냉수기 및 이에 사용되는 빙축액에 의하면, 프로필렌글리콜을 수용액으로 만든 후 이를 축열조의 빙축액으로 사용함으로써 축열조의 열용량(축열량)을 높일 수 있을 뿐만 인체에 미치는 해를 최소화할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

Description

빙축열 방식의 냉수기 및 이에 사용되는 빙축액{Cold water generating apparatus using ice thermal storage system and ice thermal storage liquid using therefor}

본 발명은 빙축열 방식의 냉수기 및 이에 사용되는 빙축액(본 명세서에서, 빙축액은 축열조에 수용되어 냉각시스템에 의해 냉각되는 액체를 의미하는 것으로 함)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빙축열 방식으로 냉수를 생성할 수 있는 냉수기 및, 이러한 빙축열 방식의 냉수기에 구비되는 축열조에 적합한 조성을 갖는 빙축액에 관한 것이다.

본 발명에 의한 냉수기는 빙축열 방식에 의해 냉수를 생성할 수 있는 장치로서, 이러한 냉수기에는 상온보다 낮은 온도의 냉수를 생성할 수 있다면 상온수, 온수, 각종 기능수(탄산수, 이온수 등)를 부가적으로 생성할 수 있는 기기들이 모두 포함될 수 있으며, 일 예로서 냉정수기, 냉온수기, 냉온 정수기, 기능수기(탄산수기, 이온수기) 등이 포함될 수 있다.

급격한 도시화와 산업화로 인하여 환경이 급속하게 오염되고 있으며, 특히 수질오염이 심각한 수준에 도달하여 관공서, 학교, 회사, 가정, 음식점 등에서 정수된 물을 음용할 수 있도록 정수기가 보급, 설치되고 있으며, 이러한 정수기에는 사용자에게 음용상의 편의를 제공하기 위하여 냉수 제공기능이 부가될 수도 있다.

이와 같이 냉수 제공기능을 갖는 정수기는 냉각시스템을 이용하여 직접 냉수를 생성하기도 하지만, 빙축열 방식으로 냉수를 생성하기도 한다. 이러한 빙축열을 이용한 빙축열 시스템은 정수를 빠른 시간 내에 냉각시킬 수 있는 효율적인 순간냉각 시스템이다.

도 1은 일반적으로 사용되고 있는 빙축열 방식에 의한 냉수기(10)를 나타낸 개략도이다.

도면을 참조하면, 상기 냉수기(10)는 빙축액(12)으로서 물이 수용된 축열조(11)와, 빙축액(물)(12)의 온도를 떨어뜨리는 냉각부(20)와, 상기 축열조(11)에 수용된 빙축액(12)과 열교환하여 냉수를 생성하는 열교환관(30)을 포함할 수도 있다.

상기 축열조(11)는 그 내부에 빙축액(12)으로 기능하는 물이 수용되며, 냉각부(20)는 빙축액(12)과 접촉하여 빙축액(12)을 냉각시키는 냉각관(22)을 구비한다. 이때, 냉각관(22)을 흐르는 냉매는 압축기, 응축기 등을 구비하는 통상적인 냉각수단(21)에 의해 냉각이 이루어진다.

이때, 상기 냉각관(22)은 축열조(11)에 수용된 빙축액(12)으로서의 물을 효과적으로 냉각하기 위하여 코일형상을 이루며, 그 둘레에 일정두께의 얼음(13)이 형성된다. 즉, 냉각관(22)에 인접한 빙축액(12)은 냉각관(22)의 냉기에 의해 냉동되어 얼음(13)으로 상변환된다.

또한, 상기 축열조(11) 내부에는 상온수(31)가 유입되어 빙축액(12)으로서의 물과 열교환하여 냉수(32)가 생성되도록 열교환관(30)이 통과하는데, 열교환관(30)은 냉각관(22) 주위에 형성된 얼음에 의해 영향을 받지 않도록 냉각관(22)과 일정거리만큼 이격되어 설치된다. 아울러, 열교환관(30)의 경우에도 빙축액(12)과 접촉하는 표면적을 넓히기 위해 코일형상을 이룰 수 있다.

그리고, 냉수기(10)는 상기 축열조(11)의 빙축액(12)을 섞어 온도분포를 일정하게 하기 위해 교반기(40)가 그 내부에 설치될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 종래의 냉수기(10)는, 냉각부(20)에 의해 축열조(11)에 수용된 빙축액(12)으로 사용되는 물의 온도를 떨어뜨리고, 이에 따라 열교환관(30)을 통해 유입되는 상온수(31)가 빙축액(12)과 열교환하여 온도가 낮아져 냉수(32)가 된다. 즉, 축열조(11) 내부의 차가운 빙축액(12)이 열교환관(30)을 유동하는 상온수(31)를 냉각하여 냉수(32)로 변화시킨다.

한편, 종래의 냉수기(10)는 음용을 위한 냉수를 생성하기 때문에 음용시 안전을 위하여 빙축액(12)으로서 물을 사용하게 된다. 즉, 종래의 냉수기(10)는 열교환관(30)의 동파 등으로 인한 미세한 크랙으로 인해 열교환관(30)에 빙축액이 유입될 수 있기 때문에, 빙축액이 포함된 물을 미량 음용하거나 빙축액이 신체에 접촉하여도 문제가 없도록 빙축액(12)으로 물을 사용하게 된다.

그러나, 물을 빙축액(12)으로 사용하는 경우에는 물의 어는점이 대기압에서 0℃이므로 저온의 냉매가 흐르는 냉각관(22) 주위에 얼음(13)이 형성되고, 이러한 얼음(13)은 냉각이 계속될수록 그 크기가 성장하게 된다.

이때, 축열조(11)에 수용된 빙축액(12)의 온도를 낮추기 위해서는 냉각부(20)를 통하여 계속 냉매를 순환시키게 되지만, 이러한 경우에도 냉각관(22) 주변에 형성된 얼음(13)의 크기가 커질 뿐 얼음이 되지 않은 빙축액(물)(12)의 온도는 0℃ 미만이 될 수 없다.

따라서, 종래의 냉수기(11)는 축열조(11) 내부에 수용된 빙축액(12), 즉 물의 온도를 낮출 수 없으므로 축열되는 열용량에 제한이 있게 된다.

이로 인해, 종래의 빙축열 방식의 냉수기(10)는 설정온도 이하의 냉수를 충분히 공급할 수 없다는 문제점이 있다.

더욱이, 종래의 빙축열 방식의 냉수기(10)는 빙축액(12)으로서 물을 사용할 수밖에 없기 때문에 축열조(11) 내부가 완전히 냉각되기 이전에는 빙축액(12)의 온도가 0℃ 미만이 될 수 없고, 이로 인해 빙축액(12)의 온도 제어에 어려움이 있다. 즉, 냉각부(20)를 계속 구동시켜도 빙축액(12)의 온도가 하강하지 않기 때문에 축열조(11)에서 축열되는 축열량의 제어가 어렵고, 이로 인해 과냉각의 경우 축열조(11) 내부의 빙축액(12)이 완전 동결될 수도 있어 축열조(11)의 동파가 발생하거나 충분한 축열이 되지 않아 출수되는 냉수량이 설정값보다 작아질 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 축열조의 열용량(축열량)을 높일 수 있으면서도 인체 유해성이 적은 빙축액을 사용하는 빙축열 방식의 냉수기 및 이에 사용되는 빙축액을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 일 측면으로서, 축열조의 열용량(축열량)을 높일 수 있으면서도 축열조 또는 그 내부에 설치된 관에 부식이 발생하지 않는 빙축열 방식의 냉수기 및 이에 사용되는 빙축액을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 일 측면으로서, 설정온도 이하의 냉수를 충분히 공급할 수 있는 빙축열 방식의 냉수기 및 이에 사용되는 빙축액을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 일 측면으로서, 축열조에서 축열되는 열량을 효율적으로 제어할 수 있어 빙축액의 과다 냉각이나 과소 냉각이 발생하지 않는 빙축열 방식의 냉수기 및 이에 사용되는 빙축액을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 프로필렌글리콜 수용액을 포함하는 빙축액이 수용된 축열조; 상기 축열조에 수용된 빙축액을 냉각시키도록, 상기 축열조 내부를 통과하며 냉매가 흐르는 냉각관과, 상기 냉각관을 흐르는 냉매를 냉각하는 냉각시스템을 포함하는 냉각부; 및 상기 축열조 내부를 통과하도록 설치되며, 상기 냉각부에 의해 냉각된 빙축액과 열교환을 통하여 유입된 물이 냉각된 후 출수되도록 하는 열교환관;을 포함하여, 열교환을 통하여 생성된 냉수를 사용자에게 음용을 위해 제공하는 빙축열 방식의 냉수기로서, 상기 프로필렌글리콜 수용액은 13 내지 27 중량퍼센트의 프로필렌글리콜을 포함하는 빙축열 방식의 냉수기를 제공한다.

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또한 바람직하게, 상기 프로필렌글리콜 수용액은 13 내지 27 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 73 내지 87 중량퍼센트의 물을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게, 상기 프로필렌글리콜 수용액은 13 내지 20 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 80 내지 87 중량퍼센트의 물을 포함할 수 있다. 가장 바람직하게, 상기 프로필렌글리콜 수용액은 16 내지 19 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 81 내지 84 중량퍼센트의 물을 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 냉각부는 상기 축열조 내부를 통과하며 냉매가 흐르는 냉각관과, 상기 냉각관을 흐르는 냉매를 냉각하는 냉각시스템을 포함하며, 상기 열교환관은 상기 냉각관의 하부에 설치될 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 프로필렌글리콜 수용액은 사용자가 상기 프로필렌글리콜 수용액을 음용하는 것을 방지하기 위하여, 상기 프로필렌글리콜 수용액이 상기 열교환관을 통하여 누출된 경우, 사용자가 시각, 미각, 후각 중 적어도 하나를 통해서 음용수가 아님을 인지할 수 있도록 하기 위한 첨가물이 첨가될 수 있다.

다른 측면으로서, 본 발명은, 내부에 빙축액이 수용된 축열조; 상기 축열조에 수용된 빙축액을 냉각시키도록, 상기 축열조 내부를 통과하며 냉매가 흐르는 냉각관과, 상기 냉각관을 흐르는 냉매를 냉각하는 냉각시스템을 포함하는 냉각부; 및 상기 축열조 내부를 통과하도록 설치되며, 상기 냉각부에 의해 냉각된 빙축액과 열교환을 통하여 유입된 물이 냉각된 후 출수되도록 하는 열교환관;을 포함하여, 열교환을 통하여 생성된 냉수를 사용자에게 음용을 위해 제공하는 빙축열 방식의 냉수기에 사용되는 빙축액에 있어서, 프로필렌글리콜 수용액을 포함하되, 상기 프로필렌글리콜 수용액은 13 내지 27 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 73 내지 87 중량퍼센트의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 빙축열 방식의 냉수기에 사용되는 빙축액을 제공한다.

보다 바람직하게, 상기 프로필렌글리콜 수용액은 13 내지 20 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 80 내지 87 중량퍼센트의 물을 포함할 수 있다. 가장 바람직하게, 상기 프로필렌글리콜 수용액은 16 내지 19 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 81 내지 84 중량퍼센트의 물을 포함할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 빵의 신전제 및 보습제와 쇼트닝의 신전제로 사용될 뿐만 아니라 FDA에서 식품용 용제로 승인한 프로필렌글리콜을 수용액으로 만든 후 이를 축열조의 빙축액으로 사용함으로써 축열조의 열용량(축열량)을 높일 수 있을 뿐만 인체에 미치는 해를 최소화할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 프로필렌글리콜 수용액의 경우 부식성이 거의 없으므로 축열조 또는 그 내부에 설치되는 금속재질의 관에 부식이 발생하지 않는다는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 냉수의 추출 설정량을 감안하여 프로필렌글리콜 수용액의 목표 어는점과 이에 따른 프로필렌글리콜 수용액의 프로필렌글리콜의 함량을 적절히 조절함으로써 사용자에게 일정 온도 이하의 냉수를 충분히 공급할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 빙축액의 어는점이 냉수생성에 충분한 정도로 낮으므로 냉각부의 구동을 통한 빙축액의 온도 제어가 용이할 뿐만 아니라, 이로 인해 냉각부를 효율적으로 구동할 수 있다는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 축열조의 내측 상부에 냉각부의 냉각관(증발기)을 설치하고 하부에 열교환관을 설치함으로써 빙축액의 온도분포에 따른 비중의 차이에 의한 대류로 인하여 축열조 상부에 설치된 냉각관(증발기) 주변의 빙축액이 슬러시 상태로 변화하면서 온도가 더 낮게 유지될 수 있다. 따라서, 축열조의 축열량을 크게 하기 위하여 빙축액의 온도를 일정 정도 낮게 유지하더라도 빙축액의 온도제어를 통해 열교환관이 동파되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 빙축열 방식의 냉수기의 주요구성을 도시한 개략도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 여러 가지 실시예에 의한 빙축열 방식의 냉수기의 주요구성을 도시한 개략도.
도 4는 프로필렌글리콜의 함량에 따른 어는점을 도시한 그래프.
도 5는 프로필렌글리콜이 19 중량%가 포함된 경우의 어는점을 측정한 그래프.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

그리고, 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다", "가지다(갖다)" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 여러 가지 실시예에 의한 빙축열 방식의 냉수기의 주요구성을 도시한 개략도이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 빙축열 방식의 냉수기(100)는 도 2에 일 예로서 도시된 바와 같이, 내부에 빙축액(111)이 수용된 축열조(110)와, 상기 축열조(110)에 수용된 빙축액(111)을 냉각시키는 냉각부(120)와, 상기 축열조(110) 내부를 통과하도록 설치되며, 상기 냉각부(120)에 의해 냉각된 빙축액(111)과 열교환을 통하여 유입된 물이 냉각되도록 하는 열교환관(130)을 포함하여 구성되며, 교반수단(140), 온도센서(미도시) 및 이들의 구동을 제어하기 위한 제어부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 축열조(110)는 그 내부에 빙축액(111)이 수용되며, 이러한 빙축액(111)의 상세한 구성에 대해서는 후술하기로 한다.

또한, 상기 냉각부(120)는 통상의 냉각 시스템과 마찬가지로 압축기, 응축기, 증발기, 팽창기 등을 구비할 수 있다. 본 명세서에서는 증발기를 제외한 나머지 구성을 냉각수단(121)으로 표시하고, 증발기에 해당하는 부분을 냉각관(122)으로 표현하여 설명하기로 하지만, 축열조(110) 내부에 수용된 빙축액(111)의 냉각이 가능하다면 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 냉각부(120)는 냉각관(증발기)(122)이 축열조(110)의 외면에 권취되는 것도 가능하며, 전자냉각 방식이 사용될 수도 있다.

다만, 도 2를 참조하면, 상기 냉각부(120)는 축열조(110)의 내부에 수용된 빙축액(111)과 직접 열교환이 가능하도록 냉각관(증발기)(122)이 축열조(110) 내부를 관통하도록 설치될 수 있다.

이때, 상기 냉각관(122)은 빙축액(111)과 충분한 열교환히 가능하도록 코일 형상 또는 지그재그 형상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 열교환 효율을 높일 수 있도록 금속재질로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 빙축액에 의해 부식이 발생하지 않도록 스테인레스 스틸 등의 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기 축열조(110) 내부에는 상온수(131)가 유입되어 빙축액(111)과 열교환하여 냉수(132)가 생성되도록 열교환관(130)이 통과할 수 있다. 이러한 열교환관(130)도 빙축액(111)과 충분한 열교환이 가능하도록 코일 형상 또는 지그재그 형상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 열교환 효율을 높일 수 있도록 금속재질로 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 열교환관(130)의 내부에는 사용자의 음용에 제공되는 음용수(상온수, 냉수)가 흐르게 되므로 스테인레스 스틸과 같이 부식에 강한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각관(122)는 축열조(110) 내의 내측 상부에 구비되어 상기 축열조(110) 내의 빙축액을 냉각시키게 되며, 냉각관(122)의 하부에 상온수의 이동로가 되는 열교환관(130)이 배치될 수 있다. 이와 같이, 냉각관(122)의 하부에 열교환관(130)을 설치함으로 빙축액(111)의 온도분포에 따른 비중의 차이에 의한 대류로 인하여 축열조(110) 상부에 설치된 냉각관(증발기)(122) 주변의 빙축액(111)이 슬러시 상태(도 2의 111' 참조)로 변화하면서 온도가 더 낮게 유지될 수 있다. 따라서, 축열조(110)의 축열량을 크게 하기 위하여 빙축액의 온도를 일정 정도 낮게 유지하더라도 빙축액(111)의 온도제어를 통해 열교환관(130)이 동파되는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 본 발명에 의한 냉수기(100)에 구비되는 열교환관(130)과 냉각관(122)의 위치관계는 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 제한되는 것은 아니고 다양한 변경이 가능하다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 냉수기(100)는 상기 축열조(110) 내부에 수용된 빙축액(111)을 고르게 섞어 축열조(110) 내부의 온도분포를 일정하게 하기 위해 교반수단(140)이 설치될 수 있다. 이러한 교반수단(140)은 일 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이 미도시된 구동수단에 의해 축열조(110) 내부에서 회전하는 프로펠러로 이루어질 수 있다.

다른 예로서 교반수단(140)은 축열조(110) 외부에 설치된 펌프로 구성될 수 있다. 이와 같이, 교반수단(140)이 펌프로 구성되는 경우에는 축열조(110) 외부에 교반수단(140)이 설치되므로 축열조(110)의 용량에 제한이 없을 뿐만 아니라, 빙축액이 펌프를 통해 강제 순환하면서 빙축액의 혼합이 이루어지므로 신속하게 빙축액의 온도를 균일화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 냉수기(100)는 빙축액의 온도가 일정 범위에 있도록 하기 위하여 온도센서(미도시)에서 감지된 빙축액(111)의 온도를 기초로 냉각부(120)의 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 구비할 수 있으며, 상기 제어부는 사용자의 추출지시가 있을 때, 또는 빙축액(111)의 온도나 경과시간 등이 설정값에 도달할 때 교반수단(140)을 구동시킬 수 있다.

상기와 같이 구성되는 냉수기(110)는, 냉각부(120)에 의해 축열조(111)에 수용된 빙축액(111)의 온도를 떨어뜨리고, 이에 따라 열교환관(130)을 통해 유입되는 상온수(131)가 빙축액(111)과 열교환하여 온도가 낮아져 냉수(132)가 된다. 즉, 축열조(110) 내부의 차가운 빙축액(111)이 열교환관(130)을 유동하는 상온수(131)를 냉각하여 냉수(132)로 변화시킨다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 빙축열 방식의 냉수기(100)는 축열조(110) 내부에 빙축액(112)이 수용된다.

전술한 바와 같이, 종래의 경우에는 빙축액으로서 물을 사용하므로 충분한 축열량을 저장하는데 어려움이 있다. 특히, 축열조(110)에 수용된 빙축액(111)의 온도를 낮추기 위해서는 냉각부(120)를 통하여 계속 냉매를 순환시키게 되지만, 빙축액으로서 물을 사용하는 경우에는 냉각부(120)를 계속 가동하여도 냉각관(122) 주변에 형성된 얼음의 크기가 커질 뿐 얼음이 되지 않은 빙축액(물)의 온도는 0℃ 미만이 될 수 없다. 따라서, 종래의 냉수기(11)는 축열되는 열용량에 제한이 있을 뿐만 아니라, 빙축액의 온도가 0℃ 미만으로 내려가지 않기 때문에 제어에 어려움이 있다.

이러한 점을 감안하여, 빙축액(111)의 어는점을 하강시켜 축열량 개선 및 온도제어 성능의 개선을 위해서는 어는점이 낮은 물질을 빙축액으로 사용하여야 한다.

그러나, 본 발명은 사용자의 음용에 제공되는 냉수를 생성할 수 있는 냉수기(100)에 관한 것이므로 열교환관(130)의 파손으로 인하여 열교환관(130) 내부로 빙축액(111)이 미량 유입되거나 축열조(110)의 파손으로 인하여 빙축액이 외부로 유출되어 사용자의 신체와 접촉하더라도 사용자에게 해가 없어야 한다.

따라서, 통상적으로 자동차 엔진용 냉각수에 첨가하여 사용하는 부동액(不凍液)과 같은 물질은 인체에 해롭기 때문에 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

한편, 설탕과 같은 물질은 다량 섭취하여도 인체에 즉각적인 해가 없기 때문에 빙축액으로 사용하는 방안을 고려할 수 있지만 분자량이 크기 때문에 어는점을 내리기 위해서는 많은 양의 설탕을 물에 용해시켜야 하므로(예를 들어, 2리터의 물을 빙점 -4℃로 만들기 위해서는 1kg 이상의 설탕을 녹여야 함) 비효율적이라는 문제점이 있다.

또한, Cl^-이온을 포함하는 화학물질은 어는점 내림에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 이러한 물질로는 소금이나, 염화칼륨, 염화마그네슘 등이 있으나, 이와 같이 Cl^-이온을 포함하는 물질은 스테인레스 스틸(SUS)의 부식성 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 축열조나 그 내부에 수용된 냉각관(120)이나 열교환관(130) 등이 금속재질, 특히 인체에 안전한 스테인레스 스틸(SUS)로 이루어지는 경우에 많은 부식을 일으킬 수 있다는 문제점이 있다.

즉, 대부분의 물질이 인체에 해롭거나, 부식성을 가지기 때문에 본 발명과 같이 빙축열 방식의 냉수기(100)에 구비되는 축열조(110)에 적합하지 않았다.

이와 같이, 많은 물질에 대한 검토 결과, 프로필렌글리콜이 빙축액으로서 최적의 물질이라는 것을 확인할 수 있었다.

프로필렌글리콜(Propylene Glycol)은 프로필렌을 원료로 하여 만드는 2가(價) 알코올의 하나로서, 무색 투명한 시럽상 액체로 냄새가 없거나 또는 약간 냄새가 있으며 약간 쓴맛과 단맛이 있는 용제이다.

프로필렌글리콜의 화학식은 C₃H₈O₂. 비중은 1.036∼1.040 이하이며, 끓는점은 185∼189℃이다. 또한, 프로필렌글리콜은 물, 알코올, 아세톤, 아세트산에틸, 클로로폼, 에테르 등과 혼합되며 흡습성이 있으므로 물에 잘 혼합되는 특성을 가진다.

그리고, 프로필렌글리콜은 휘발성이 없으므로 장기간 사용하여도 어는점을 일정수준으로 유지시킬 수 있으며, 열과 일광에 안정하므로 사용상의 안정성도 확보할 수 있다.

특히, 프로필렌글리콜은 곰팡이의 번식을 방지와 발효되지 않는 특성이 있어 1941년 FDA에서 식품용 용제로서 사용하는 것을 인정한 바 있으며, 빵의 신전제 및 보습제와 쇼트닝의 신전제로 사용되며, 식품 및 셀로판, 코르크의 유연제로 사용된다. 또한, 유화향료의 유화안정제, 방부제, 공기의 살균 등에 쓰이고 바닐라 콩 등의 천연플래버의 추출에도 사용되는 한다.

이와 같이, 프로필렌글리콜은 인체에 비교적 안전한 물질일 뿐만 아니라, 부식성과 휘발성이 없으며, 열과 일광에 안정하므로 빙축액의 조성으로써 효과적으로 이용될 수 있으며, 특히 물에 대한 혼합성이 좋으므로 프로필렌글리콜을 물과 혼합한 프로필렌글리콜 수용액을 빙축액으로 사용할 수 있다.

특히, 부동액에 프로필렌글리콜을 사용하는 예가 있기는 하지만, 이러한 부동액은 프로필렌글리콜을 물이 아닌 다른 화학물질과 혼합하여 사용하는 것이기 때문에 인체에 대한 안정성을 확보할 수 없게 된다. 그러나, 본 발명에서는 프로필렌글리콜을 물과 혼합한 프로필렌글리콜 수용액을 사용하므로 인체에 대한 안정성과 부식성 등 냉수기(100)의 축열조(110)에 적합한 빙축액(111)으로서 이용될 수 있다.

한편, 일정 용량의 축열조(110)에서의 열교환을 통하여 추출할 수 있는 일정 온도 이하의 냉수의 양은 제한적이다.

일 예로서, 축열조(110)(예를 들어, 2리터)에 포함된 빙축액(111)의 온도를 -4℃로 설정한 경우에는 10℃ 이하의 물을 1.5리터 정도 연속 추출할 수 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 축열조(110)의 축열된 빙축액(111)과의 열교환을 통하여 초기에 추출되는 냉수의 온도는 1~2℃ 정도이며, 이후 점차 냉수의 온도가 올라가기는 하지만 10℃ 이하의 물을 총 1.5리터 정도 추출할 수 있었다.

설계사양에 따라 냉수의 온도범위, 추출량, 냉각용량, 축열조(110)에 수용된 빙축액(111)의 부피 등이 달라질 수 있지만, 축열조(110)에 수용된 빙축액(111)의 온도를 대략 -4℃ 또는 그 전후의 값으로 설정하는 경우 충분한 양의 냉수를 추출할 수 있음을 확인할 수 있었다.

이와 같이, 프로필렌글리콜 수용액의 어는점을 결정하기 위해서는 프로필렌글리콜 수용액에 포함되는 프로필렌글리콜의 함량이 중요한 인자가 된다.

이를 위하여, 프로필렌글리콜의 중량%를 달리하여 냉각을 수행한 결과 프로필렌글리콜 함량(중량 %)에 따른 프로필렌글리콜 수용액의 어는점(℃)이 다음의 [표 1]과 같은 데이터를 갖는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 도 4에서 그래프로 도시하였다. 이때, 실험은 프로필렌글리콜의 함량을 10중량% 단위로 분할한 프로필렌글리콜 수용액을 각각 제조한 후 이를 계속하여 냉각시키면서 결정(슬러쉬)이 전체적으로 생성되는 온도를 측정하였다.

프로필렌글리콜의 함량 (중량%)	어는점(℃)
10 중량%	-4.4℃
20 중량%	-8.8℃
30 중량%	-12.7℃
40 중량%	-21℃
50 중량%	-32.5℃
60 중량%	-48.8℃

[표 1] 및 도 4를 참조하면 프로필렌글리콜의 함량이 커질수록 어는점이 급격하게 하락하는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

다만, 실험에서는 프로필렌글리콜 수용액에 슬러쉬 상태의 결정이 생성되는 것을 확인하였으므로 측정된 어는점은 온도센서가 고체 상태의 슬러쉬와 접촉하는지 또는 액체 상태의 슬러쉬와 접촉하는지에 따라 약간의 차이가 있었다.

따라서, 이러한 실험결과를 통해 어는점의 전체적인 변화경향을 살펴볼 수 있도록 다음과 같은 경험식을 산출하였다.

[수학식 1]

y = -0.0151x² + 0.1622x - 3.57

{여기서, x는 프로필렌글리콜의 함량(중량%), y는 어느점(℃)}

상기와 같은 [수학식 1]을 통하여 프로필렌글리콜의 세부 함량에 따른 빙축액으로서의 프로필렌글리콜 수용액의 어는점을 도출한 결과 [표 2]와 같은 결과를 도출할 수 있었다.

프로필렌글리콜의 함량 (중량%)	어는점(℃)
13 중량%	-4.01℃
16 중량%	-4.84℃
17 중량%	-5.18℃
19 중량%	-5.94℃
20 중량%	-6.37℃
27 중량%	-10.20℃

한편, 전술한 바와 같이 빙축액(111)의 온도가 -4℃ 정도인 경우 충분한 양의 냉수 생성이 가능함을 확인할 수 있었다. 그러나, 프로필렌글리콜 수용액의 경우에 슬러쉬가 생성되므로 온도센서에 의해 측정되는 어는점의 값에 차이가 발생하므로, 온도센서의 감지 이상 등으로 인하여 빙축액이 완전 동결되는 것을 방지하기 위하여 안전율을 고려하여 빙축액(111)으로서의 프로필렌글리콜 수용액의 어는점을 설정하는 것이 바람직하다. 특히, 어는점이 -4℃에서 형성된다면 빙축액의 온도 제어가 어려워지므로 빙축액(111)의 어는점을 설정온도보다 낮게 안전율을 고려하여 설정하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 빙축액(111)의 설정 어는점을 대략 -4℃로 한 경우 안전율을 고려하여 실제 수용되는 빙축액(111)의 어는점은 이보다 일정 수준 낮은 값(예를 들어 -6℃)이 설정되는 것이 바람직하다.

이때, 빙축액(111)으로서의 프로필렌글리콜 수용액에 포함된 프로필렌글리콜의 함량을 19 중량%로 한 경우의 어는점 측정 결과를 도 5에 도시하였다.

도 5에 도시된 바와 같이, 19 중량%의 프로필렌글리콜을 함유한 프로필렌글리콜 수용액의 어는점은 대략 -6.2 ~ -6.5℃에서 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 도 5에서 "A"로 표시된 부분은 온도센서가 설정된 부분에서 온도센서가 슬러쉬(결정)와 직접 접촉하여 온도가 급격하게 낮아진 것으로서, 이후 일정수준으로 안정화된 형태를 보이는 것을 확인할 수 있었다..

이러한 점을 고려할 때, 빙축액(111)으로서의 프로필렌글리콜 수용액은 13 내지 27 중량퍼센트의 프로필렌글리콜을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로 13 중량퍼센트의 프로필렌글리콜을 함유하는 경우의 프로필렌글리콜 수용액의 어는점은 대략 -4℃ 정도이고, 27 중량퍼센트의 프로필렌글리콜을 포함하는 프로필렌글리콜 수용액의 어는점은 대략 -10℃ 정도이므로 이들 범위보다 약간 낮은 온도범위에서 프로필렌글리콜 수용액(빙축액)의 유지온도를 설정함으로써 충분한 용량의 냉수 추출량을 얻을 수 있게 된다.

이때, 27 중량퍼센트를 초과한 프로필렌글리콜을 포함하는 경우에는 -10℃ 보다 훨씬 낮은 어는점을 갖게 되므로 안전율로서의 의미가 없어질 뿐만 아니라 프로필렌글리콜의 양이 필요이상으로 많게 되어 원가가 상승하게되어 부적절하게 된다. 그리고, 13 중량퍼센트 미만의 프로필렌글리콜을 함유하는 경우에는 안전율을 고려할 때 빙축액의 어는점을 -4℃ 보다 높은 온도로 유지하여야 하므로 충분한 양의 냉수를 얻을 수 없다는 문제점이 있다.

그리고, 상기 프로필렌글리콜 수용액이 13 내지 27 중량퍼센트의 프로필렌글리콜을 포함하는 경우, 프로필렌글리콜 수용액은 3 내지 87 중량퍼센트의 물을 포함할 수 있다.

한편, 전술한 예에서는 빙축액(프로필렌글리콜 수용액)의 어는점을 -10℃ 정도를 상한으로 설정하였지만, 안전율을 고려할 때 이러한 어는점은 너무 낮은 온도일 수 있다. 따라서, 설정 어는점을 -4℃ 전후로 설정하였을 때 안전율을 2℃ 정도로 하는 것이 효율적이며, 이를 위하여 빙축액의 어는점을 -6℃ 전후로 설정하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 프로필렌글리콜 수용액이 13 내지 20 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 80 내지 87 중량퍼센트의 물을 포함하도록 하여, 프로필렌글리콜 수용액의 어는점 상한이 대략 -6.5℃ 전후가 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 더욱 바람직한 에로서, 상기 프로필렌글리콜 수용액이 16 내지 19 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 81 내지 84 중량퍼센트의 물을 포함하도록 하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 프로필렌글리콜의 수용액의 설정 어는점을 -4℃로 하는 경우 안전율을 고려하여 어는점이 이보다 1 ~ 2 ℃ 정도 낮은 것이 바람직하며, 이를 위하여 프로필렌글리콜 수용액의 어는점이 대략 -5 ~ -6 ℃ 정도가 되는 것이 바람직하다. 따라서, 이와 근사하도록 [표 2]에 도시된 바와 같이 프로필렌글리콜 수용액에 16 내지 19 중량퍼센트의 프로필렌글리콜이 포함되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 프로필렌글리콜 수용액은 전술한 바와 같이 인체에 비교적 안전한 물질이어서 그 자체로서 인체에 해가 거의 없다고 하더라도 사용자가 직접 음용하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 상기 프로필렌글리콜 수용액에는 냉수 음용자의 시각, 미각, 후각 중 적어도 하나에 영향을 미칠 수 있는 첨가물이 첨가되는 것이 바람직하다.
즉, 사용자가 상기 프로필렌글리콜 수용액을 음용하는 것을 방지하기 위하여, 상기 프로필렌글리콜 수용액이 냉수가 유동하는 열교환관을 통하여 누출되어 냉수와 함께 사용자에게 제공되는 경우, 사용자가 시각, 미각, 후각 중 적어도 하나를 통해서 음용수(즉, 무색, 무취, 무미인 통상적인 냉수)가 아님을 인지할 수 있도록 하기 위한 첨가물이 첨가될 수 있다.

이러한 첨가물로서는 시각에 영향을 미칠 수 있는 색소, 미각에 영향을 미칠 수 있도록 단맛, 쓴맛, 짠맛, 신맛 등을 갖는 물질, 후각에 영향을 미칠 수 있는 향을 갖는 물질 등이 미량 첨가될 수 있다. 이때, 첨가물의 양은 프로필렌글리콜 수용액이 갖는 어는점 등에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 3 중량 % 이하가 되는 것이 바람직하며, 첨가되는 물질의 양만큼 물 또는 프로필렌글리콜의 중량은 적어질 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

100... 냉수기 110... 축열조
111... 빙축액 120... 냉각부
121... 냉각수단 122... 냉각관
130... 열교환관 131... 상온수
132... 냉수 140... 교반수단

Claims

프로필렌글리콜 수용액을 포함하는 빙축액이 수용된 축열조;
상기 축열조에 수용된 빙축액을 냉각시키도록, 상기 축열조 내부를 통과하며 냉매가 흐르는 냉각관과, 상기 냉각관을 흐르는 냉매를 냉각하는 냉각시스템을 포함하는 냉각부; 및
상기 축열조 내부를 통과하도록 설치되며, 상기 냉각부에 의해 냉각된 빙축액과 열교환을 통하여 유입된 물이 냉각된 후 출수되도록 하는 열교환관;
을 포함하여, 열교환을 통하여 생성된 냉수를 사용자에게 음용을 위해 제공하는 빙축열 방식의 냉수기로서,
상기 프로필렌글리콜 수용액은 13 내지 27 중량퍼센트의 프로필렌글리콜을 포함하고,
상기 프로필렌글리콜 수용액은 사용자가 상기 프로필렌글리콜 수용액을 음용하는 것을 방지하기 위하여, 상기 프로필렌글리콜 수용액이 상기 열교환관을 통하여 누출된 경우, 사용자가 시각, 미각, 후각 중 적어도 하나를 통해서 음용수가 아님을 인지할 수 있도록 하기 위한 첨가물이 첨가된 빙축열 방식의 냉수기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 프로필렌글리콜 수용액은 13 내지 27 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 73 내지 87 중량퍼센트의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 방식의 냉수기.
제1항에 있어서,
상기 프로필렌글리콜 수용액은 13 내지 20 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 80 내지 87 중량퍼센트의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 방식의 냉수기.
제1항에 있어서,
상기 프로필렌글리콜 수용액은 16 내지 19 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 81 내지 84 중량퍼센트의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 방식의 냉수기.
제1항에 있어서,
상기 열교환관은 상기 냉각관의 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 빙축열 방식의 냉수기.
삭제
내부에 빙축액이 수용된 축열조; 상기 축열조에 수용된 빙축액을 냉각시키도록, 상기 축열조 내부를 통과하며 냉매가 흐르는 냉각관과, 상기 냉각관을 흐르는 냉매를 냉각하는 냉각시스템을 포함하는 냉각부; 및 상기 축열조 내부를 통과하도록 설치되며, 상기 냉각부에 의해 냉각된 빙축액과 열교환을 통하여 유입된 물이 냉각된 후 출수되도록 하는 열교환관;을 포함하여, 열교환을 통하여 생성된 냉수를 사용자에게 음용을 위해 제공하는 빙축열 방식의 냉수기에 사용되는 빙축액에 있어서,
프로필렌글리콜 수용액을 포함하되,
상기 프로필렌글리콜 수용액은 13 내지 27 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 73 내지 87 중량퍼센트의 물을 포함하며,
상기 프로필렌글리콜 수용액은 사용자가 상기 프로필렌글리콜 수용액을 음용하는 것을 방지하기 위하여, 상기 프로필렌글리콜 수용액이 상기 열교환관을 통하여 누출된 경우, 사용자가 시각, 미각, 후각 중 적어도 하나를 통해서 음용수가 아님을 인지할 수 있도록 하기 위한 첨가물이 첨가된 것을 특징으로 하는, 빙축열 방식의 냉수기에 사용되는 빙축액.
삭제
제8항에 있어서,
상기 프로필렌글리콜 수용액은 13 내지 20 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 80 내지 87 중량퍼센트의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 방식의 냉수기에 사용되는 빙축액.
제8항에 있어서,
상기 프로필렌글리콜 수용액은 16 내지 19 중량퍼센트의 프로필렌글리콜과, 81 내지 84 중량퍼센트의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 방식의 냉수기에 사용되는 빙축액.
삭제