KR200316943Y1 - 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치에 관한 것으로, 냉각기의 증발기 역할을 수행하는 냉매관(34)을 사용하지 않고 냉각기 자체에 일정 형태 및 길이의 냉매라인을 직접 가공 형성시켜 냉각기 자체가 냉매가 공급 순환되는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 냉각 전달 매체의 역할을 수행하여 냉매관(34)으로부터 발생하는 열적 손실을 막으면서 냉각효율도 획기적으로 향상시킬 수 있다. 이를 위해 하단이 개방된 수직방향의 냉각봉케이스(20)와 상기 냉각봉케이스(20)의 외부면에 일정 각도로 연속되게 일정 간격을 두고 냉각핀(30)이 일체 결합되면서 냉각수조(50)의 내부면과 상기 냉각핀(30)이 밀착되는 냉각파일(10)과, 외부면에 일정 간격의 냉매유로홈(42)이 형성되고 상기 냉각파일(10)의 냉각봉케이스(20) 내부로 삽입되어 상기 냉각봉케이스(20)의 내부면과 상기 냉매유로홈(42) 사이의 공간을 통해 냉매가 순환되는 냉각봉으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의

Description

무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치 {A Cooling Device For Cold And Hot Water Purifier}

본 고안은 간접냉각방식인 정수 냉각장치와는 달리 냉각기에 냉매관이 직접 결합되지 않는 무냉매관 형태의 직접냉각방식인 냉온정수기용 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각기의 증발기 역할을 수행하는 냉매관을 사용하지 않고 냉각기 자체에 일정 형태 및 길이의 냉매라인을 직접 가공 형성시켜 냉각기 자체가 냉매가 공급 순환되는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 냉각 전달 매체의 역할을 수행하여 냉매관으로부터 발생하는 열적 손실을 막으면서 냉각효율도 획기적으로 향상시킬 수 있도록 한 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치에 관한 것이다.

냉온수기는 크게 온수부 및 냉수부와 제어부로 구성되며, 냉온정수기는 온수부 및 냉수부와 제어부 그리고 정수부를 포함하여 구성되고 있는데, 이 중에서 냉수부의 주요 기능은 냉각수를 만들어 공급하는 장치로 냉각은 원수나 필터를 거친 정수된 물이 직접 혹은 위쪽의 저수조를 거쳐 아래쪽의 냉각수조에 유입되고, 냉각수조로 유입된 물은 냉매관의 냉각열에 의해 냉각이 이루어진다.

또한 냉각수조 내부의 냉각수의 경우, 냉각수조에서 밸브와 외부 노출된 배수꼭지를 통해 유출되는 양만큼 상기 냉각수조로 유입되어 항상 일정 용량의 물을 유지하게 된다.

통상 정수기의 냉각은 증발잠열을 이용하는 액화가스의 증발작용을 통해 피 냉각 물체로부터 열을 흡수하는 증기압축식 냉동법으로, 냉각수조에 연속적으로 순환 장착된 냉매관 내부의 냉매의 증발작용을 이용하여 냉각수조 내부의 물의 열을 흡수함으로써 냉각작용을 얻게 되는데, 증기압축식 냉동사이클은 압축기 - (토출관) - 응축기 - 팽창밸브 - 증발기 - (흡입관) - 압축기의 순환구조로 이루어진다.

압축기(Compressor)는 증발기(Evaporator)에서 증발한 저온 저압의 기체 냉매를 흡입하여 다음의 응축기(Condenser)에서 액화하기 용이하도록 응축온도에 해당하는 포화압력까지 압력을 증대시키는데 즉, 증발기에서 냉매가 증발하면서 얻은 열을 고온고압으로 하여 응축기(고열원)로 보내는 역할을 수행한다.

응축기는 압축기에서 압축되어 토출되는 고온 고압의 기체 냉매를 주위의 공기나 냉각수와 열교환시키는데 즉, 압축기에서 토출한 고온 고압가스를 상온 이하의 공기 또는 냉각수중에 방출하여 응축 액화시키는 역할을 수행한다.

팽창밸브는 응축기에서 응축액 화한 고온 고압의 액냉매를 교축작용에 의해 저온 저압의 액냉매로 압력과 온도를 동시에 낮추어 다음 증발기에서 액체 증발에의한 열 흡수작용을 일으킬 수 있도록 하며, 증발기에서 충분한 열을 흡수할 수 있는 적정량의 냉매량을 조절 공급하는 역할을 수행한다.

증발기는 팽창밸브를 통과하여 저온 저압으로 감압된 액체 냉매를 유입시켜 주위의 공간 또는 피냉각 물체와 열 교환시켜 액체 증발에 의한 열 흡수로 냉동의 목적을 직접 달성시킨다.

따라서 냉온수기나 냉온정수기에서는 피냉각체인 냉각수조의 물에 냉각장치(냉각기)로부터 효과적인 냉각열의 전달작용과 함께 냉각열의 손실을 최소화하여 다량의 냉각수 확보와 함께 냉수의 유출 양을 증대시키는 것이 중요한 해결 과제이다.

한편, 정수기의 냉각방식은 크게 간접냉각방식과 직접냉각방식으로 나눌 수 있으며, 간접냉각방식은 도 6에서 보는 바와 같이 냉각수조(150)의 외벽 하부에 냉매관(110)을 일정 길이로 감아 증발기 역할을 하도록 함으로써 냉각수조(150) 내부의 물을 냉각하는 방식이다.

간접냉각방식을 이용한 냉온수기나 냉온정수기의 경우, 냉각수조(150)에서 외부로의 유출수 만큼 냉각수조(150)로의 유입수가 증가함에 따라 냉각수조(150) 내부의 물은 냉각수조(150)의 용량에 따라 약간의 차이는 있으나, 유입수와 유출수가 급격히 상호 혼합되어 수온은 급격히 상승할 뿐만 아니라 냉각수조(150) 외벽에 설치된 냉매관(110)으로부터 냉각수조(150) 측벽을 통해 냉각수조(150) 내부의 물을 냉각하는 간접적인 냉각방식으로 인해 근본적으로 냉각성능이 저하하게 된다.

또한 냉각수조(150)의 외벽에 감긴 냉매관(110)의 완전한 밀착 성형 한계에따라 냉매관(110)의 바깥 부위를 단열재로 보완되었다 하더라도 냉매관(110) 외측으로의 열량 손실이 많아 근본적으로 냉각효율 저하를 갖게 된다.

따라서 간접냉각방식을 채택하고 있는 기존의 냉각시스템은 일정 용량 이상의 저온 냉각수를 제조할 수 없는데, 장치의 규모에 따라 약간의 차이는 있으나 사용 냉각수를 14℃ 이하라고 하면 보통은 최대 2리터(200cc 1컵 기준으로 10잔) 미만의 연속적인 냉각수 추출 능력이 한계이다.

그러므로 식당, 관공서, 휴게소, 학교 등 사용자 그룹이 대형화인 곳에서는 다량의 저온 냉각수 수요를 충족시키지 못하고 있는 실정이며, 이의 대처방안으로 한 장소에 여러 대의 냉온수기나 냉온정수기를 설치하여 사용하고 있으나 가격 상승은 물론 근본적인 냉각수 문제를 해결하지는 못한다. 미설명 부호 152는 냉각수조(150)로부터 냉수가 유출되는 냉수유출구를 도시한 것이다.

한편, 직접냉각방식은 냉각수조 내부에 냉매관이 일체로 삽입된 냉각장치(냉각기)를 장착하여 냉각수조 내부에서 직접 냉각이 이루어지도록 함으로써, 간접냉각방식과는 달리 냉매관으로부터 전달되는 냉각열을 모두 이용할 수 있기 때문에 냉각기의 열효율을 저하시키지 않는다.

또한 냉각수조의 내부가 격막형의 냉각핀이 있는 냉각장치가 구비되어 일정 터널 형태의 구조를 갖는 특성 때문에, 연속적인 물의 유출에서도 유입되는 물과 상호 혼합이 되지 않고 층류 형태로 냉각수조 내부에서 물이 흐르도록 하여 순차적으로 냉각장치를 이루는 냉각봉과 냉각핀의 표면부위를 장시간 이동함으로써 냉각효율을 극대화시켜 연속적으로 냉각수를 유출할 수 있도록 한다.

그러나 직접냉각방식은 간접냉각방식보다 월등한 냉각효율을 향상시키는 것임에는 분명하며, 직접냉각방식의 냉각장치를 적용한 제품 실험 결과에서와 같이 현실적인 구현이 가능하지만 냉각장치의 제작에 많은 기술적 어려움이 있었다.

특히 냉각장치 내부에 일체형으로 삽입되는 나선(헬리컬) 형상의 냉매관 제작에 있어서 요구하는 형상으로 정교하게 제작하는 성형상의 문제, 주물작업에서 냉매관이 알루미늄 소재의 냉각장치 본체 내부에 완전 밀착 성형되어 열전달 손실이 없도록 하기 위한 주물 기공의 제거, 냉매관과 주물과의 완전 밀착, 주물작업에서 구리 냉매관의 용해에 따른 녹는 현상방지, 냉각장치의 후가공 및 특수 표면처리 등 제작상의 문제 해결에 어려움이 있으며, 따라서 성능은 우수하다 하더라도 실질적인 제작에서의 엄격한 품질관리와 함께 제작에 따른 비용 상승은 피할 수 없었다.

따라서 본 고안에서는 기존의 직접냉각방식의 냉각장치와 같은 성능을 갖도록 함은 물론, 제작상의 어려움을 극복하여 냉온수기 및 냉온정수기용 냉각장치인 냉각기의 냉각성능의 향상과 함께 제작비용의 절감, 다양한 형태의 냉각시스템의 구현을 용이하게 할 수 있는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 고안에 따른 무냉매관 형태의 냉각장치 사시도 및 단면도.

도 2a 및 도 2b는 본 고안에 따른 무냉매관 형태의 냉각장치를 구성하는 냉각파일 사시도 및 분리상태 사시도.

도 3a 및 도 3b는 본 고안에 따른 냉각장치의 냉각파일 내부에 결합되는 냉각봉 사시도 및 일부 분리 사시도.

도 4는 본 고안의 응용 실시예에 의한 냉각봉 사시도.

도 5는 본 고안에 따른 무냉매관 냉각장치가 냉각수조에 설치된 상태의 일부 절걸 사시도.

도 6은 종래 기술에 의한 냉각파일이 냉각수조 외부에 설치된 상태의 개략적인 구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 냉각파일 20 : 냉각봉케이스

21,23,24 : 나사돌기 22 : 걸림고정턱

25 : 나사결합구 26 : 냉각핀체결홈

30 : 냉각핀 32 : 케이스체결공간

34 : 냉매관 36 : 모세관

40 : 냉각봉 41 : 냉매관삽입구

42 : 냉매유로홈 43 : 요홈하부

44 : 이격돌기 45 : 냉매통과홈

46 : 밀폐단부 47 : 밀폐홈

48 : 밀폐링 50 : 냉각수조

52 : 냉수유출구

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치는 하단이 개방된 수직방향의 냉각봉케이스와 상기 냉각봉궤이스의 외부면에일정 각도로 연속되게 일정 간격을 두고 냉각핀이 일체 결합되면서 냉각수조의 내부면과 상기 냉각핀이 밀착되는 냉각파일과, 외부면에 일정 간격의 냉매유로홈이 형성되고 상기 냉각파일의 냉각봉케이스 내부로 삽입되어 상기 냉각봉케이스의 내부면과 상기 냉매유로홈 사이의 공간을 통해 냉매가 순환되는 냉각봉으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 냉각파일은 냉각봉케이스의 외부면에 일정 간격의 나선형태로 냉각핀체결홈이 요홈 형성되고, 전체적으로 일정 단면을 유지하여 상기 냉각핀체결홈과 동일 각도로 경사 형성되면서 그 중앙으로 케이스체결공간이 형성된 냉각핀이 상기 냉각봉케이스의 냉각핀체결홈을 따라 체결되어 일체 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한 냉각핀은 내경이 냉각봉케이스의 냉각핀체결홈에 밀착되게 상기 냉각봉케이스의 외경과 동일하거나 또는 조금 작은 치수로 형성되면서 그 외경은 냉각수조의 내경과 밀착되는 치수로 성형되는 것을 특징으로 한다.

또한 냉각핀은 수평면을 기준으로 상부방향으로 0°에서 45° 사이의 각도로 경사 형성되면서 층과 층 사이의 간격 피치가 연속적으로 일정 공간을 유지하게 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 냉각핀은 연속적인 나선형태가 유지되게 층과 층 사이가 일체구조로 형성되거나 또는 다수와 분리구조로서 상호 일체 조립되는 것을 특징으로 한다.

그리고 냉각봉케이스는 일정 두께의 원통 형상으로 내측은 내부의 냉각봉과 동일 외경으로 완전 밀착되게 형성되고, 그 외측은 상기 냉각핀의 내경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 냉각봉케이스는 냉각수조의 바닥으로부터 일정 높이에서 냉각핀이 결합 고정되게 하부에 돌출 형성된 걸림고정턱을 기준으로 상부로만 연속적으로 연결되는 냉각핀체결홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 냉각봉은 그 외부면의 냉매유로홈과 냉각봉케이스 내부면과의 사이에 형성된 냉매 흐름공간으로 냉매가 순환 통과되면서 상기 냉각봉케이스의 하부와 밀폐되게 밀폐단부에 요홈된 밀폐홈에 밀폐링이 체결되는 것을 특징으로 한다.

또한 냉각봉은 냉매 흐름공간으로 외부면에 일정 간격마다 직선형태의 수직방향으로 냉매유로홈이 요홈 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 냉온정수기 냉각장치는 하단이 개방된 수직방향의 냉각봉케이스와 상기 냉각봉케이스의 외부면에 일정 각도로 연속되게 일정 간격을 두고 냉각핀이 일체 결합되면서 냉각수조의 내부면과 상기 냉각핀이 밀착되는 냉각파일과, 상기 냉각파일의 냉각봉케이스 내부로 압입 삽입되어 상기 냉각봉케이스와 일정 공간을 유지하여 냉각시 냉매가 공간 전체에 흐르도록 단면이 진원인 원통형태로 형성되는 냉각봉으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 냉각파일은 냉각봉케이스와 냉각봉 사이가 밀착되면서 냉매가 누수되지 않게 상기 냉각봉케이스로 상기 냉각봉이 압입 삽입되거나 냉매 흐름공간 중간에 별도의 인입물이 삽입되는 것을 특징으로 한다.

그리고 냉각파일은 열 전달이 우수한 소재인 스테인리스, 알루미늄, 동, 동합금중 어느 하나로 사용되어 아노다이징, 나일론코팅, 테프론코팅, 분체도장중 어느 하나로 후처리가 실시되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 따른 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치를 첨부한 도면을 참조하여 그 구성 및 작용에 대해 상세히 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 본 고안에 따른 무냉매관 형태의 냉각장치 외부구조 및 내부 단면구조를 도시한 것이고, 도 2a 및 도 2b는 본 고안에 따른 무냉매관 형태의 냉각장치인 냉각기를 구성하는 냉각파일(10)을 도시한 것이며, 도 3a 및 도 3b는 본 고안에 따른 냉각장치의 냉각파일(10) 내부에 결합되는 냉각봉을 도시한 것이다.

아울러 도 4는 본 고안의 응용 실시예로 냉매가 통과 순환되는 냉매유로홈(42)이 수직 길이방향으로 요홈 형성된 냉각봉(40)을 도시한 것이며, 도 5는 본 고안에 따른 무냉매관 냉각장치가 설치된 냉각수조(50)를 일부 절결시킨 내부구조를 도시한 것이다.

먼저 냉동기가 가동되면 압축기로부터 냉매는 응축기와 팽창밸브를 통해 증발기 역할을 수행하는 냉각장치를 통과하게 되는데, 기존 직접냉각방식의 경우 냉각파일 내부에 외부로부터 연속적으로 연결된 냉매관(34)을 통하여 냉매가 흐르도록 구성하였으나, 본 고안에서는 냉매관(34)이 매설되어 있지 않으나 냉매관(34) 역할을 수행하는 냉각파일(10) 내부의 연속적인 냉매유로홈(42)을 따라 냉매가 흐르도록 고안된 무냉매관 냉각장치로써, 냉각파일(10) 하부의 입구 및 출구까지는 냉매관(34)이 부착되나 냉각파일(10) 내부 즉, 하부 입구에서 냉각파일(10)의 가공냉매흐름부인 냉매유로홈(42)를 거쳐 하부 출구까지는 냉매관(34)이 삽입되어 있지 않는 냉각장치를 특징으로 한다.

따라서 냉각파일(10) 내부에는 냉매관(34)이 매설되어 있지 않으나, 냉각파일(10) 내부에 연속성을 갖도록 구성된 가공부위가 냉매관(34) 역할을 수행하게 된다.

본 고안의 냉각장치를 구성하는 냉각파일(10)은 크게는 냉각핀(30)과 냉각봉케이스(20) 및 상기 냉각봉케이스(20) 내부의 냉각봉(40)으로 구성되어 있으며, 냉각핀(30)과 냉각봉케이스(20), 냉각봉(40)이 각각 별도로 제작되나 조립상태에서 하나의 일체형 냉각파일(Cold File)을 구성하게 된다.

냉각핀(30)은 원형 판상 소재로 제작되며, 각각의 판상 소재는 연속성을 갖도록 냉각핀(30)과 냉각핀(30) 사이를 일정 간격의 피치(간격)를 주어 전체적으로는 나선(헬리컬) 형태로서 구성되는데, 나선(헬리컬) 형태의 냉각핀(30)은 각각의 층(냉각핀)과 층(냉각핀) 사이가 일정 단면이 구성되도록 하여 상부에서 하부로 연속적인 공간을 갖도록 한다.

따라서 냉각핀(30)이 냉각수조(50) 내부에 장착되는 경우 상부에서 하부로의 연속적인 유로 공간을 형성하도록 하였으며, 냉각핀(30)의 내정은 냉각봉케이스(20)의 가공 안쪽 면에 밀착되는 치수로 성형되고, 외경은 냉각수조(50)의 내경과 밀착되는 치수가 되도록 구성됨이 바람직하다.

냉각핀(30)의 내경을 냉각봉케이스(20)의 나선형가공부인 냉매유로홈(42)과 밀착되도록 구성하는 것은 냉각봉(40)으로부터 전달되는 냉각열을 효과적으로 냉각핀(30)에 전달하기 위한 것이며, 상기 냉각핀(30) 외경을 냉각수조(50)의 내경과 밀착되도록 구성하고 또한 연속 통로가 되도록 구성하는 것은 냉각핀(50)의 사이를냉수가 연속적으로 흐를 수 있는 유로를 형성하는 것 뿐만 아니라, 냉각핀(30) 외측 즉, 냉각수조(50)와의 밀착 부위에서 냉각수조(50)로 유입되는 물과 냉각수조(50)로부터 외부로 유출되는 물이 상호 혼합되지 않도록 하기 위함이다.

냉각핀(30) 사이에 형성되는 연속적인 유로는 냉각수조(50)로부터 물이 유출되는 경우 상부와 하부의 물의 혼합을 방지하고 층류로 물이 이동하도록 함으로써, 유출에 따른 유입수와의 혼합에 따른 온도 상승을 방지와 함께 냉각봉(40) 및 냉각핀(30)으로 전달되는 냉각열을 최대한 흡수하여 냉각능력을 향상시키기 위한 것이다.

냉각핀(30)은 수평면을 기준으로 상부 방향으로 0°에서 45° 사이의 각도를 갖도록 구성하고, 냉각핀(30) 사이의 피치가 연속적으로 그리고 일정 공간을 갖도록 구성하며, 냉각봉(40)과 냉각수조(50) 사이에서 완전 밀착되도록 하여 물이 연속적인 유로를 형성하게 한다.

냉각핀(30)의 내경은 내부의 냉각봉(40)과 완전 밀착 조립을 위하여 냉각봉케이스(20)의 외경과 같거나 작게 형성됨이 바람직하며, 또한 냉각핀(30)은 연속적인 나선 형태가 되도록 각각의 냉각핀(30)들이 별도로 구비되어 최종 조립 구성되거나 혹은 일체형으로 조립 구성될 수 있다.

냉각핀(30)은 헬리컬 형태 뿐만 아니라 단계별로 나누어져 구성된 분리판으로 구성할 수도 있으며, 냉각장치의 냉각능력 즉, 요구하는 성능에 따라 압축기가 선정되면 그에 따라 피치간격 및 냉각핀(30)의 내경 및 외경, 냉각핀(30)의 개수 등을 자유로이 변경하여 제작할 수 있다.

냉각봉케이스(20)는 일정 두께의 원형봉 형상을 가지며, 냉각봉케이스(20) 내측은 내부의 냉각봉(40)이 완전 밀착하여 구성되도록 냉각봉(40)과 동일한 직경으로 구성하고, 냉각봉케이스(20)의 외측은 냉각핀(30)의 내경보다 크게 구성한다.

또한 냉각봉케이스(20)의 외측은 일정 피치 그리고 냉각핀(30)의 내측과 같은 방향으로 연속적으로 가공된 나선형태의 냉각핀체결홈(26)으로 구성되어 냉각핀(30)을 나선 방향으로 회전시켜 용이하게 결합 및 분리가 되도록 구성함이 바람직하다.

냉각봉케이스(20) 외측 나선형의 냉각핀체결홈(26)은 상부의 경우, 냉각핀(30)이 용이하게 조립되도록 냉각봉케이스(20)의 상측 단부까지 연속적으로 이어진 가공 형태를 가지나 하부는 냉각핀(30)을 조립한 후에 냉각수조(50) 바닥으로부터 일정 높이에서 냉각핀(30)이 고정되도록 초기 설정 높이 까지만 냉각핀체결홈(26)의 가공 형태를 형성한다.

냉각봉케이스(20)의 크기는 냉각장치의 성능에 따라 내부 냉각봉(40) 및 냉각핀(30)의 크기에 맞게 내부 및 외부 직경, 냉각봉(40) 외경 피치간격, 개수, 가공홈인 냉매유로홈(42)의 크기 등을 고려하여 제작할 수 있다.

냉각봉(40)은 우선 일정 치수 및 형태로 가공되어 냉각봉케이스(20)에 삽입하는데, 이때 삽입되는 냉각봉(40)과 냉각봉케이스(20) 사이에는 일정 공간이 형성되고, 이 형성된 공간이 냉매가 흐르는 공간 즉, 냉매관 기능을 구성하여 냉각기의 증발기 역할을 수행하도록 고안되었다.

또한 냉각봉(40)은 외형적으로는 봉상의 원형으로 중앙부와 외측에 냉매유로홈(42)을 요홈 구성하는데, 냉각봉(40)의 내부는 일정 크기의 구멍인 케이스체결공간(32)이 하부에서 상부까지 형성되고, 외측의 냉매유로홈(42)은 상부에서부터 하부로 일정 깊이의 연속적인 회전 방향을 갖는 나사산 형태의 가공홈을 갖도록 구성된다.

냉각봉(40)과 냉각봉케이스(20) 내부에 형성되는 가공부(냉매 흐름공간)는 원칙적으로 냉각기에 사용되는 냉매관(34)의 직경과 동일한 단면이 형성되도록 가공부의 단면을 구성하도록 하여 냉각기 가동시에 냉매가 균일하게 냉각봉(40)의 가공부를 따라 이동함으로써 냉각장치 전체를 균일하게 냉각하도록 유도하며, 그러나 필요에 따라 가공부의 치수를 임의로 변경하여 구성할 수 있다.

냉각봉(40)이 냉각봉케이스(20)에 완전 밀착되도록 냉각봉(40)의 외경과 냉각봉케이스(20)의 내경이 밀착되도록 직접 조립하거나, 냉각봉(40)의 외경 냉매유로홈(42)과 홈 사이에 연속적으로 그리고 냉매흐름 통로인 홈 사이가 밀폐되도록 실리콘 소재 등의 별도 물질을 삽입되도록 별도의 가공홈을 구성할 수 있으며, 이때 밀폐용 물질 삽입용 가공홈은 냉매가 흐르는 나사산 가공과 동일한 방향 및 형태로 연속적인 가공홈을 구성하여 제작한다.

본 고안에서는 냉각장치를 구성하는 냉각핀(30) 뿐만 아니라 냉각봉(40)의 외측과 냉각봉케이스(20) 외측의 가공부인 냉매유로홈(42) 모두가 상부에서 하부 혹은 하부에서 상부로 연속적으로 이어진 나사산 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

냉각봉(40)의 경우 냉매가 흐르는 가공부를 연속적인 나사형태 뿐만 아니라 임의의 가공 형태를 갖도록 구성할 수 있는데, 각각은 일정량의 냉매가 균일하게냉각봉(40)의 외부로 전달되는 형태면 무방하나 나사형태나 상부에서 하부로 일정 홈으로 연속된 직선형태의 가공홈이 균일하게 구성된 구조가 제작의 용이성과 함께 냉각성능을 높이는데 효과적이다.

직선 가공형태의 냉각봉(40)에 있어서도 각각의 가공홈 사이는 냉각봉케이스(20)와 완전 밀착하도록 냉각봉(40) 외경이 냉각봉케이스(20)의 내경과 동일하게 제작하여 냉각시에 냉매가 가공부 만을 이동하도록 해야 한다.

또한 냉각봉(40)이 홈 가공부인 냉매유로홈(42) 없이 냉각봉케이스(20)와 같은 진원으로 가공되고, 냉각봉(40)과 냉각봉케이스(20)가 일정 공간을 유지하도록 삽입시켜 냉각시 냉매가 냉각봉(40) 외측과 냉각봉케이스(20)의 내측 공간을 일시에 흐르도록 구성할 수 있다.

본 고안에서는 냉각장치에 냉매관 역할을 수행하는 가공부위를 구성하고, 냉각장치의 하부 등의 일 측에는 모세관(36)과 구리 냉매관(34)의 입구 및 출구만이 연결되도록 구성되나, 전체적으로는 냉동기의 사이클이 구성되어 냉매가 연속적으로 흐르는 구조의 냉각장치를 특징으로 한다.

냉각봉(40)과 냉각봉케이스(20) 내부에서 구성되는 공간은 냉각기의 냉매가 냉각장치의 전 표면을 균일하게 흐를 수 있도록 한 것으로 냉각장치에 인입된 냉매관(34)으로 유입되는 냉매는 냉각봉(40) 중앙 하부에서 상부로, 상부에서 냉각봉(40) 외측 가공부인 냉매유로홈(42)을 따라 유동하여 최종적으로 냉각장치 하부에 인입된 냉매관(34)을 따라 이동하게 된다.

내부 냉각봉(40) 하부 중앙에는 팽창밸브인 모세관(36)이 하부 단부에는 유출 냉매관(34)이 연결되도록 구성하는데 필요에 따라 위치를 변경하여 적용할 수 있다.

냉각봉(40) 하부에서 인입되는 모세관(36)은 요구하는 냉각 특성을 고려하여 인입 깊이를 하부 혹은 상부까지 삽입하여 제작할 수 있으며, 필요에 따라 모세관(36)과 냉매관(34)의 위치를 교체하도록 하여 냉매가 상부에서 하부 혹은 하부에서 상부로 유도할 수 있다.

냉각파일(10)의 조립은 냉각봉케이스(20)의 가공 나사부에 외부 냉각핀(30)을 회전시켜 삽입하고 외부 냉각봉케이스(20) 내부에는 내부 냉각봉(40)을 삽입하게 되는데, 이때 내부 냉각봉(40)의 냉매관(34)이 흐르는 가공부의 중간 가공부에는 냉각봉(40)과 냉각봉케이스(20)가 완전 밀착하도록 그리고 냉각봉(40)과 냉각봉케이스(20)의 밀착과 냉매의 누수를 방지하기 위하여 압입 삽입이나 인입물을 가공부 중간에 삽입하여 구성할 수 있다.

냉각파일(10)은 우선 냉각장치의 내부 가공부에 냉매가 통과할 때 냉각봉(40) 및 냉각핀(30)의 표면으로부터 발생하는 냉각열이 냉각수조(50)의 물로 전달하여 냉수를 만드는 역할을 수행하게 되는데, 따라서 냉각파일(10)의 성능 향상을 위한 구조적 고안 뿐 만 아니라 냉각파일(10)의 소재 선정이 중요하며, 또한 냉각파일(10)은 냉각수조(50) 내부에서 정수된 물을 냉각하는 기능을 장시간에 걸쳐 수행하기 때문에 위생상의 안전성이 고려되어야 한다.

따라서 냉각 성능을 높이기 위해서는 열전달 특성이 우수한 소재의 사용이 필요하게 되는데, 본 고안에서는 외부 냉각봉(40)과 냉각핀(30)을 강도 측면에서는스테인레스(SUS), 열 전달 측면에서는 구리나 구리합금, 알루미늄 등을 적용하였으며, 특히 알루미늄 등의 경우 가공 제작 후에 아노다이징(Anodizing)이나 특수 코팅처리 같은 후처리를 수행하게 된다.

내부 냉각봉(40)의 경우 열전달이 우수한 구리나 구리합금, 알루미늄 소재를 적용하게 되며, 또한 필요에 따라서 냉각장치의 구성부품을 각각 다른 소재를 적용하여 구성할 수도 있는데 예를 들면, 냉각핀(34)과 냉각봉케이스(20)는 스테인레스, 내부 냉각봉(40)은 알루미늄을 적용할 수 있다.

본 고안에서는 냉각파일(10)이 스테인레스, 알루미늄, 동 및 동합금 같은 열전달이 우수한 소재를 사용하고, 알루미늄의 경우 하드 아노다이징, 나이론 코팅, 테프론 코팅, 분체도장 같은 후처리를 실시하여 제작된 냉각파일(10)과 상기의 적용 소재를 상호 조합하여 제작된 냉각파일(10)을 특징으로 한다.

본 고안에서와 같이 냉각장치를 냉각수조(50) 내부에 직접 장착하는 직접냉각방식을 채택함으로써, 기존의 비효율적인 간접냉각방식을 탈피하여 고효율의 냉각성능을 달성함은 물론 나선형의 특수 냉각파일(10)을 이용하여 얼음을 비축하는 등 휴지시간에 잔여 에너지를 이용함으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있기 때문에 냉동기 운영 측면에서 비용을 절감 할 수 있다.

또한 냉수수조(50) 내부로 유입되는 물과 유출되는 물이 상호 혼합되지 않도록 나선형의 연속적인 빙벽 유로를 형성하여 저온으로 냉각된 물만을 얻을 수 있는 다단의 격막 구조를 구성함으로써, 하절기 등에 아주 차가운 물의 공급이 가능할 뿐 만 아니라 언제나 저온수를 보유하고 공급함으로써 물의 오염을 억제하고, 물분자 구조의 미세화에 따른 건강 기능수(활성수)의 제조 기능을 부여할 수 있다.

아울러 동급의 냉각 능력을 갖는 기존 냉동기에 비해 동급의 냉각능력의 냉동기를 제작하는 경우 에너지 효율의 향상 및 소형화가 가능하고, 냉수량에 따른 제작 변경 및 기존 시스템과의 용이한 호환성과 함께 기타 냉각 분야에의 활용이 가능하다.

[실시예 1]

본 실시예는 한국생산기술연구원에서 본 고안의 냉각장치와 기존의 냉각장치를 비교하여 냉각성능시험을 수행한 결과이다.

표 1은 냉각조로(10)의 유입수 온도가 23℃이고, 2시간 동안 냉각장치를 가동한 후에 200cc 컵으로 냉각수조(10)로부터 외부로 연속 냉각수의 추출능력을 시험한 것이며, 추출 냉각수의 온도 측정은 14℃ 이하를 기준으로 하였다.

측정 결과 비교대상 제품은 14℃ 이하가 1.2리터 정도인 반면에, 본 고안의 냉각장치를 적용한 제품은 유출 냉각수가 4.2리터인 경우에도 10℃ 정도로 우수한 성능을 나타내었다.

[표 1] 냉각성능시험 결과

[실시예 2]

표 2는 기존 냉각장치와 본 고안의 냉각장치를 적용한 냉각기를 동일한 조건에서 가동하고 일정시간 후에 냉각수조(50)로부터 추출되는 냉각수의 수온 및 유출량을 측정한 것이다. 냉각수조의 저수 용량이 5리터이고, 유입수 온도가 24℃, 유출 간격은 10초, 1회 냉각수 유출량은 100cc, 수온 측정은 12℃ 까지를 기준으로 하였다.

기존장치는 14℃ 이하의 유출수가 2.8리터인 반면에 본 고안의 냉각장치는 8.3리터를 얻어 우수한 냉각성능을 얻을 수 있었다.

[표 2] 유출수 수온 및 유출량 측정 결과

이상 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치에 의하면, 기존의 간접냉각방식인 정수 냉각장치와는 달리 무냉매관을 구비한 직접냉각방식의 정수 냉각장치로써 냉각기의 증발기 역할을 수행하는 냉매관을 사용하지 않고 냉각장치 본체에 일정 형태 및 길이의 냉매 라인을 직접 가공 형성시켜 냉각장치 자체가 냉매공급 라인의 역할을 수행할 뿐만 아니라 냉각 전달 매체의 역할을 효과적으로 수행하도록 구성하여 직접냉각방식에서 냉매관 성형 및 냉각장치 제작 과정의 어려움을 극복하고, 아울러 냉매관으로부터 발생하는 열적 손실을막음은 물론 냉각효율을 향상시킴과 함께 다양한 형태의 냉각장치를 제공할 수 있다.

Claims (12)

1. 하단이 개방된 수직방향의 냉각봉케이스(20)와 상기 냉각봉케이스(20)의 외부면에 일정 각도로 연속되게 일정 간격을 두고 냉각핀(30)이 일체 결합되면서 냉각수조(50)의 내부면과 상기 냉각핀(30)이 밀착되는 냉각파일(10)과, 외부면에 일정 간격의 냉매유로홈(42)이 형성되고 상기 냉각파일(10)의 냉각봉케이스(20) 내부로 삽입되어 상기 냉각봉케이스(20)의 내부면과 상기 냉매유로홈(42) 사이의 공간을 통해 냉매가 순환되는 냉각봉으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 냉각파일(10)은 냉각봉케이스(20)의 외부면에 일정 간격의 나선형태로 냉각핀체결홈(26)이 요홈 형성되고, 전체적으로 일정 단면을 유지하여 상기 냉각핀체결홈(26)과 동일 각도로 경사 형성되면서 그 중앙으로 케이스체결공간(32)이 형성된 냉각핀(30)이 상기 냉각봉케이스(20)의 냉각핀체결홈(26)을 따라 체결되어 일체 결합되는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 냉각핀(30)은 내경이 냉각봉케이스(20)의 냉각핀체결홈(26)에 밀착되게 상기 냉각봉케이스(20)의 외경과 동일하거나 또는 조금 작은 치수로 형성되면서 그 외경은 냉각수조(50)의 내경과 밀착되는 치수로성형되는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 냉각핀(30)은 수평면을 기준으로 상부방향으로 0°에서 45° 사이의 각도로 경사 형성되면서 층과 층 사이의 간격 피치가 연속적으로 일정 공간을 유지하게 구성되는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 냉각핀(30)은 연속적인 나선형태가 유지되게 층과 층 사이가 일체구조로 형성되거나 또는 다수의 분리구조로서 상호 일체 조립되는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 냉각봉케이스(20)는 일정 두께의 원통 형상으로 내측은 내부의 냉각봉(40)과 동일 외경으로 완전 밀착되게 형성되고, 그 외측은 상기 냉각핀(30)의 내경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 냉각봉케이스(20)는 냉각수조(50)의 바닥으로부터 일정 높이에서 냉각핀(30)이 결합 고정되게 하부에 돌출 형성된 걸림고정턱(22)을 기준으로 상부로만 연속적으로 연결되는 냉각핀체결홈(26)이 형성되는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 냉각봉(40)은 그 외부면의 냉매유로홈(42)과 냉각봉케이스(20) 내부면과의 사이에 형성된 냉매 흐름공간으로 냉매가 순환 통과되면서 상기 냉각봉케이스(20)의 하부와 밀폐되게 밀폐단부(46)에 요홈된 밀폐홈(47)에 밀폐링(48)이 체결되는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 냉각봉(40)은 냉매 흐름공간으로 외부면에 일정 간격마다 직선형태의 수직방향으로 냉매유로홈(42)이 요홈 형성되는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치.
10. 하단이 개방된 수직방향의 냉각봉케이스(20)와 상기 냉각봉케이스(20)의 외부면에 일정 각도로 연속되게 일정 간격을 두고 냉각핀(30)이 일체 결합되면서 냉각수조(50)의 내부면과 상기 냉각핀(30)이 밀착되는 냉각파일(10)과, 상기 냉각파일(10)의 냉각봉케이스(20) 내부로 압입 삽입되어 상기 냉각봉케이스(20)와 일정 공간을 유지하여 냉각시 냉매가 공간 전체에 흐르도록 단면이 진원인 원통형태로 형성되는 냉각봉(40)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치.
11. 제 1항 또는 제 11항에 있어서, 상기 냉각파일(10)은 냉각봉케이스(20)와 냉각봉(40) 사이가 밀착되면서 냉매가 누수되지 않게 상기 냉각봉케이스(20)로 상기냉각봉(40)이 압입 삽입되거나 냉매 흐름공간 중간에 별도의 인입물이 삽입되는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치.
12. 제 11항에 있어서, 상기 냉각파일(10)은 열 전달이 우수한 소재인 스테인리스, 알루미늄, 동, 동합금중 어느 하나로 사용되어 아노다이징, 나일론로팅, 테프론코팅, 분체도장중 어느 하나로 후처리가 실시되는 것을 특징으로 하는 무냉매관 형태의 냉온정수기용 냉각장치.