KR200288720Y1 - 열전소자를 이용한 냉온수기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 열전소자를 이용하여 냉각효율을 향상시킨 냉온수기에 관한 것으로, 특히 생수통을 상부에 거꾸로 재치하는 방식의 냉온수기에서 냉수를 열전소자의 열전현상을 이용하여 전자 냉각시킬 수 있는 냉온수기 구조에 관한 것이다.

이같은 본 고안은, 냉수조의 중간에 생수통에서 유입되는 상온수(常溫水)와 냉각수를 분리하는 분리판이 설치되고, 냉수조의 하부에는 상기 상온수가 유입되는 열수조를 연결하여서 되는 냉온수기에 있어서, 상기 냉수조 외벽에 관통구멍을 천공하고, 이에 열전도율이 우수한 연결봉을 액밀하게 설치하되, 상기 냉수조 내측으로 돌출되는 연결봉의 일단이 열전도체로 이루어진 상기 분리판의 측면과 밀착되게 설치하며, 냉수조 외부로 노출되는 상기 연결봉의 타단은 냉수조 외벽면에 단열층을 사이에 두고 설치되는 열전소자의 콜드싱크에 접하게 설치하고, 상기 열전소자의 주위에는 방열기와 이 방열기의 열을 식힐 수 있는 방열팬을 설치함을 특징으로 한다. 이때 분리판(5)은 알루미늄판이다. 냉각수(CTW)는 열전소자(13)의 열전효과에 의하여 열손실 없이 분리판(5)을 따라 전도되는 냉기가 하부로 자연 대류하면서 냉각된다.

Description

열전소자를 이용한 냉온수기 {Thermoelectric module utilized cooling and heating cabinet of water}

본 고안은 열전소자를 이용하여 냉각효율을 향상시킨 냉온수기에 관한 것으로, 특히 생수통을 상부에 거꾸로 재치하는 방식의 냉온수기에서 냉수를 열전소자의 열전현상을 이용하여 전자 냉각시킬 수 있는 냉온수기 구조에 관한 것이다.

기존에 가정이나 사무실 등에서 사용하는 냉온수기는 일반적인 냉각회로와시즈 히터(또는 열선)를 내장시켜 냉수조와 열수조를 각각 냉각시키거나 가열시키도록 구성하고 있다. 이같은 냉온수기는 냉수조의 외벽에 증발기를 근접 설치하여 내부의 물을 냉각시키고 있으며, 온수탱크에는 그 외벽 또는 밑바닥에 히터를 설치하여 내부의 물을 가열시키는 방식이 널리 사용되고 있다.

이러한 냉온수기는 크게 나누어 볼 때, 수돗물을 급수원으로 하여 정수필터를 거쳐 식수를 공급하는 정수방식과, 천연의 원수를 생수통에 담아 사용하는 원수공급방식으로 구분된다. 이들중 경제적인 면과 더불어 위생적인 필터 관리의 어려움 등을 이유로 생수통을 사용하는 원수 공급방식이 일반적으로 사용되고 있다.

이러한 냉온수기에서는 생수통 내의 물을 배출하기 위해 물의 배출량 만큼의 공기가 유입되도록 하기 위한 설계가 이루어져 있다. 이때 공기 중에 유입되는 세균을 처리하기 위하여 필터, 자외선 살균기, 오존발생장치 등을 사용하고 있다. 그런데 최근에는 냉온수기 또는 정수기의 냉수를 열전소자의 열전현상을 이용하여 전자 냉각시키는 방식이 시도되고 있다.

선행기술로서 실용신안등록 제0168479호에 개시되고 있는 정수기는 식수의 잠열을 흡수하는 내장히트파이프와 외장히트파이프가 정수기의 내외에 설치하되, 내장히트파이프와 외장히트파이프의 사이에 해당하는 정수기의 외측에 3개의 열전소자를 샌드위치형으로 배열하여 열전소자의 열전효과를 유도하고 있다.

그리고 특허공개 제1999-0084099호에는, 정수기가 내장된 냉수조의 외벽에 열전소자와 방열기 및 냉각팬을 설치한 냉온수기 겸용 정수기가 소개되고 있고, 실용신안등록 제0219028호는 수조의 외벽에 열전소자를 설치하되 이 열전소자의 양측에 해당하는 수조 내와 열전소자 외측에 냉각판과 방열기를 각각 설치하고 방열기에는 냉각팬을 설치한 정수기가 소개되고 있으며, 실용신안등록 제0240590호에는 충전기능을 사용하여 휴대 가능하도록 한 것으로 수조의 바닥판 바깥으로 전도판과 열전소자를 설치한 냉온수 조절기가 소개되고 있다.

그러나, 위와 같은 공지의 선행기술들은 실용신안등록 제0219028호를 제외하고는 공히 수조의 외부에 별도로 설치된 열전소자의 열이 냉수조의 외벽을 냉각시키도록 한 구조로서 열전소자의 냉각열이 냉수조의 외벽에서 대부분 손실되기 냉각효율이 떨어진다는 문제가 있다.

실용신안등록 제0219028호의 경우에도 열손실을 막기 위해 냉각판을 수조 내까지 연장하는 구성 자체는 바람직하다고 할 수 있지만 일반적으로 가장 많이 사용하는 냉온수기, 즉 생수통을 상부에 거꾸로 재치하는 방식의 냉온수기에서는 적용할 수 없는 문제가 있다. 왜냐하면 생수통에서 공급되는 상온수는 항상 일정량이 내수조 위에 머물러 있어야 하고 열수조로 공급되는 물은 냉각되지 않은 상태의 상온수에서 곧 바로 공급되어야 열손실을 줄일 수 있는데 위와 같은 구조에서는 상온수까지 냉각되어 열수조로 공급될 수 밖에 없기 때문이다.

본 고안의 목적은, 생수통을 상부에 거꾸로 재치하는 방식의 냉온수기에서 생수통에서 공급되는 상온수를 냉수와 구별하기 위한 분리판이 있는 경우에 열전소자를 이용하여 열손실 없이 효율적으로 냉수조의 냉수를 냉각시킬 수 있도록 하는데 있는 것이다.

도 1은 본 고안의 실시예의 냉온수기 단면 구성도.

도 2는 그 분해사시도.

도 3은 그 작용상태도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1:냉수조, 2:단열재, 4:냉수배출밸브, 5:분리판, 6:상온수 유입관, 8:파이롯트, 10:열수조, 11:생수통, 12:유입파이프, 13:열전소자, 14:시즈 히터, 16:열수배출밸브, 17:방열기, 18:방열팬, 19:연결봉, BNW:생수, CTW:냉각수, NTW:상온수(常溫水)

본 고안은 상기 목적을 달성하기 위하여, 냉수조의 중간에 생수통에서 유입되는 상온수(常溫水)와 냉각수를 분리하는 분리판이 설치되고, 냉수조의 하부에는 상기 상온수가 유입되는 열수조를 연결하여서 되는 냉온수기에 있어서, 상기 냉수조 외벽에 관통구멍을 천공하고, 이에 열전도율이 우수한 연결봉을 액밀하게 설치하되, 상기 냉수조 내측으로 돌출되는 연결봉의 일단이 열전도체로 이루어진 상기 분리판의 측면과 밀착되게 설치하며, 냉수조 외부로 노출되는 상기 연결봉의 타단은 냉수조 외벽면에 단열층을 사이에 두고 설치되는 열전소자의 콜드싱크에 접하게 설치하고, 상기 열전소자의 주위에는 방열기와 이 방열기의 열을 식힐 수 있는 방열팬을 설치함을 특징으로 한다.

이때, 상기에서 열전도체로서의 분리판은 일정한 두께를 유지하는 알루미늄판으로 구성하는 것이 바람직하며, 또한 상기 분리판의 상면에는 열전도체로 부터 발생되는 냉기가 상온수에 미치는 영향을 최소화할 수 있도록 단열수지막이 코팅되는 것이 좋다.

본 고안은 상기한 구성에 따라, 냉수조의 냉각수는 열전소자의 열전효과에 의하여 냉각되는 냉기가 열손실 없이 분리판을 따라 냉수조 내로 전도되어 분리판을 통해 그 하부의 냉각수 영역으로 자연대류작용에 의하여 냉각되고, 분리판 위의 상온수는 냉각되지 않은 채 분리판 중앙을 통하여 열수조로 공급된다.

이하 본 고안의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명한다. 도 1은 냉온수기의 단면 구성을 나타낸 것이고, 도 2는 그 분해사시도이며, 도 3은 냉온수기의 전체적인 작용상태를 나타낸 것이다.

먼저, 원통상의 냉수조(1) 중간에서 하부 쪽에 해당하는 외벽에는 단열재(2)가 부착되어 있으며, 이 단열재(2)의 외측에는 열전소자(13)와 방열기(17) 및 방열팬(18)이 설치되어 있다.

단열재(2)는 열전소자(13)에서 발생되는 열을 냉수조(1)와 차단하기 위하여 설치한 것이고, 방열기(17)는 열전소자(13)에서 발생되는 열을 분산시키기 위하여 단열재(2) 외부에서 열전소자(13)의 열을 효율적으로 흡수할 수 있도록 설치한 것이며, 방열팬(18)은 열전소자(13) 및 방열기(17)의 열을 강제로 환류시켜 외부의 공기로 식히기 위해 설치한 것이다.

상기한 열전소자(13)는 펠티어(peltier)소자의 양쪽에 히트싱크(HS)와 콜드싱크(CS)가 있는 것으로, 콜드싱크는 분리판(5)에서 연장된 연결봉(19)에 접해 있으며, 히트싱크는 방열기(17)와 접해있다. 열전소자(13)는 이미 잘 알려진 바와 같이 n, p type 열전반도체 (Thermoelectric semiconductor)를 전기적으로는 직렬로, 열적으로는 병렬이 되도록 π 형으로 연결한 모듈의 형태로 사용되며, 여기에 DC 전류를 흘렸을 때는 열전효과에 의해서 모듈의 양면에 온도차가 발생하고 또, 동시에 발전현상이 일어나게 됨으로써 콜드싱크에서는 외부의 열을 흡수하여 차가워지고 상대적으로 히트싱크에서는 콜드싱크에서 흡수된 열에 의하여 뜨거워지게 된다.

이러한 냉수조(1)의 하부 일측에는 냉수배출파이프(3)가 연결되어 있으며 그 단부에는 냉수배출밸브(4)가 설치되어 있고, 그 일측의 벽면에는 상기 연결봉(19)이 관통되는 상태로 끼워지는 관통구멍(1a)이 천공된다. 물론 상기 관통구멍(1a)은이에 끼워진 연결봉(19)과 수밀한 구조를 이루고 있게 된다. 그리고, 냉수조(1)의 중간에는 원반상의 분리판(5)이 설치된다.

분리판(5)은 냉수조(1) 내에서 열전소자(13)에 의하여 실질적으로 냉각되는 냉각수와 냉각되지 않은 상온수를 분리하기 위한 격판으로, 중간의 양쪽 구멍과 가장자리를 통해 상부의 상온수를 하부로 유입되도록 하고 있다. 이 분리판(5)의 일측에는 상기한 바와 같이 냉수조(1)의 일측을 액밀하게 관통하는 연결봉(19)과 열전도가 가능하게 연결되어 있으며 연결봉(19)의 일단은 열전소자(13)의 콜드싱크와 접해 있다.

분리판(5)은 열전도율이 높은 알루미늄판으로서 일정한 두께를 유지하는 것이며, 연결봉(19) 역시 최상의 전도율을 유지할 수 있도록 알루미늄 봉 또는 판이 시용된다.

이러한 분리판(5)의 중앙에는 상온수를 열수조로 보내기 위한 상온수 유입관(6)이 형성되어 있다. 상온수 유입관(6)의 상부에는 노즐(7)과 파이롯트(8)가 설치되며, 상온수 유입관(6)의 하부에는 니플(9)이 액밀하게 설치되어 있다.

노즐(7)은 열수조(10)로 상온수가 유입될 때 압력을 조절하게 되며, 파이롯트(8)는 생수통(11) 내부로의 공기 유입과 생수의 배출이 원활한 흐름을 갖도록 하면서 열수조(10) 쪽으로 상온수를 유입시키는 역할을 한다.

니플(9)은 냉수조(1)의 바닥에 액밀하게 고정되어 상온수 유입관(6)과 열수조(10)의 유입파이프(12)를 연결시킨다. 상기한 생수통(11)은 생수통(11)과 냉수조(1)의 사이로 공기가 유입되도록 하기 위해 냉수조(1)와 일정 간격 이격되게재치할 수 있도록 설계되어 있다.

열수조(10)는 외벽의 중간 아래에는 열수조(10) 내로 유입되는 상온수를 비등시킬 수 있는 시즈 히터(14)가 감겨 있다. 이러한 열수조(10)의 상부에는 유입파이프(12)와 열수배출파이프(15)가 설치되어 있다. 유입파이프(12)는 상온수가 유입되도록 냉수조(1) 하부 중앙에 연결되며, 열수배출파이프(15)는 그 단부에 열수 배출밸브(16)가 설치되어 있다.

도 3은 본 고안의 작용상태를 나타낸 것이다. 먼저 생수통(11) 내의 생수(BNW)가 생수통(11)의 주둥이와 파이롯트(8) 사이를 통해 배출되면 외부의 공기(점선 화살표 표시)가 생수(BNW)의 배출량 만큼 냉수조(1) 내로 유입된다.

냉수조(1) 내로 배출된 생수(BNW)는 생수통(11)의 주둥이 끝에서 수위를 이루는데 분리판(5)의 상부는 상온수(NTW) 영역이고, 분리판(5)의 하부는 냉각수(CTW) 영역이다. 상온수(NTW)는 분리판(5)을 통과하여 분리판(5) 하부로 급수된 후 열전소자(13)에 의하여 냉각된다.

상기 열전소자(13)의 콜드 싱크에서 발생되는 냉기는 연결봉(19)을 통해 분리판(5)으로 전도되며, 분리판(5)으로 전도된 냉기는 다시 자연대류에 의하여 그 하부의 냉각수(CTW)를 냉각시킨다. 이때, 열전소자(13)로부터 발생되는 냉기로 인해 상온수(NTW)가 필요이상으로 냉각되는 것을 방지하기 위하여 상기 분리판(5)의 상면에는 단열수지막(5a)을 코팅하게 된다.

냉각수(CTW)는 냉수배출밸브(4)를 열면 냉수배출파이프(3)를 통해 외부로 배출된다. 그리고 열전소자(13)의 히트 싱크에서 발생하는 열은 방열기(17)를 통해분산되면서 방열팬(18)에 의하여 공냉된다. 한편, 상온수(NTW)는 파이롯트(8), 노즐(7), 상온수 유입관(6), 니플(9), 유입파이프(12) 순으로 통과하여 열수조(10)내로 유입된 후 시즈 히터(14)에 의하여 비등수가 될 때까지 가열되면서 살균이 이루어진다.

열수조(10) 내의 열수는 온도조절기(미도시)에 의하여 일정 온도를 유지하고 있다가 열수배출밸브(16)를 열면 열수배출파이프(15)를 통해 외부로 배출된다.

이와 같이 구성된 본 고안은 생수통을 상부에 거꾸로 재치하는 방식의 냉온수기에서 생수통에서 공급되는 상온수를 냉수와 구별하기 위한 분리판의 일측에 열전소자의 콜드 싱크에서 발생하는 냉기가 직접 전도되도록 설치함으로써 냉각수를 열손실 없이 신속하게 냉각시킬 수 있고, 또 냉수조 내에서 자연대류에 의하여 냉각수가 냉각되도록 함으로써 상온수에 큰 온도 변화가 없어 생수통의 생수를 불필요하게 열손실시키지 않으면서도 효과적으로 냉각 및 가열시킬 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 냉수조의 중간에 생수통에서 유입되는 상온수(常溫水)와 냉각수를 분리하는 분리판이 설치되고, 냉수조의 하부에는 상기 상온수가 유입되는 열수조를 연결하여서 되는 냉온수기에 있어서.

   상기 냉수조 외벽에 관통구멍을 천공하고, 이에 열전도율이 우수한 연결봉을 액밀하게 설치하되, 상기 냉수조 내측으로 돌출되는 연결봉의 일단이 열전도체로 이루어진 상기 분리판의 측면과 밀착되게 설치하며, 냉수조 외부로 노출되는 상기 연결봉의 타단은 냉수조 외벽면에 단열층을 사이에 두고 설치되는 열전소자의 콜드싱크에 접하게 설치하고, 상기 열전소자의 주위에는 방열기와 이 방열기의 열을 식힐 수 있는 방열팬을 설치함을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 냉온수기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 분리판은, 알루미늄판으로 구성한 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 냉온수기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 분리판의 상면에는, 단열수지막이 코팅되는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 냉온수기.