KR200349791Y1 - 온수 역류방지장치를 갖는 냉온수기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 냉온수 분배기의 냉수통과 온수통 사이에 설치되어 온수통에 물을 공급하도록 설치된 온수공급관을 통하여 온수통에서 가열된 온수와 냉수통의 냉각된 물이 불필요하게 서로 섞여 혼합됨을 방지하도록 함으로써 냉수와 온수의 온도조절 및 공급을 원활히 함과 아울러 제품의 에너지 효율을 높이도록 한 온수역류방지장치를 갖는 냉온수기에 관한 것이다.

냉온수기의 에너지 효율을 향상하기 위하여 종래에는 물의 흐름을 직접 차단하도록 하는 체크밸브에 의한 역류방지장치가 제안되었으나 이러한 체크밸브방식은 역류방지 효과가 크지 못하였으며, 물을 사용하기 위한 배출시 물의 흐름이 방해되어 출수량이 감소되는 문제점이 있었다.

본 고안은 냉수통(200)과 온수통(300)의 사이에 연결된 온수공급관(100)의 소정 부위를 변형하여 물의 공급 흐름경로상에 기포층에 의한 경계부분인 에어트랩(111)이 형성되도록 굴곡된 굴곡부(110)를 구비하여 온수의 역류를 방지하도록 하는 것으로 상기 굴곡부(110)는 온수통(300)으로부터 연장된 부분이 냉수통(200)으로 부터 연장된 부분보다 더 높게 형성하여 물로 채워지는 관의 내부에 공기층 즉 에어트랩(111)이 형성되도록 한 것으로 특히 상기 온수통 연결 연장부에 에어가 정체될 수 있는 "∩"형 에어트랩(111)을 "∽" 형으로 굴곡하거나 또는 수직방향 이나 일 측으로 약간 비스듬한 경사를 이루는 원호형으로 굴곡 형성하여 구성된 것이며, 에어트랩(111)의 공기층은 냉수와 온수의 경계를 이루면서 최소량의 물만이 섞이도록 하므로서 전체적으로 냉온수기의 냉수통(200)과 온수통(300)의 물이 섞이는 것을 방지하여 냉수와 온수를 공급하는 전기냉온수기에 있어서 히터와 냉각장치의 작동주기를 길게 함으로서 에너지 손실을 매우 현저하게 줄여줄 수 있는 매우 유용한 기술인 것이다.

Description

온수 역류방지장치를 갖는 냉온수기{The cold and hot water dispenser which has a hot water counterflow prevention apparatus}

본 고안은 냉온수 분배기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 냉온수 분배기의 냉수통과 온수통 사이에 설치되어 온수통에 물을 공급하는 온수공급관을 통하여 온수통에서 가열된 온수와 냉수통의 냉각된 물이 불필요하게 서로 섞여 혼합됨을 방지하도록 함으로써 냉수와 온수의 온도조절 및 공급을 원활히 함과 아울러 제품의 에너지 효율을 높이도록 한 온수역류방지장치를 갖는 냉온수기에 관한 것이다.

물통식 물분배기는 위생적으로 정제되어 소정 규격의 물통에 담겨져 공급되는 물을 냉수나 온수 또는 상온수의 상태로 즉시 분배하여 편리하게 사용할 수 있도록 하는 기구이다.

도 6은 통상적인 물통식 냉.온수 물분배기의 주요 구성요소 및 기능을 설명하기 위하여 도시한 내부 구성도로서, 몸체의 상부에 도립되게 설치되는 물통(1)으로부터 공급된 물이 각각 냉수통(2)과 온수통(3)으로 분배되도록 하여 냉수와 온수를 사용할 수 있도록 하는 것이다.

이와 같은 물통식 물분배기의 주요 구성요소는 몸체를 이루는 케이스의 내부에 각각 설치되며, 물을 냉각하여 냉수를 공급하기 위한 냉수공급계통과 물을 가열하여 온수를 공급하기 위한 온수공급계통의 부속장치로 대별된다.

상기 냉수공급계통은 냉각사이클에 의해 냉매를 순환시켜 물을 냉각시키는 장치로서, 기체상태의 냉매를 고압으로 압축하는 압축기(6), 상기 압축기(6)에서 압축된 고온 고압의 기체상태인 냉매를 식혀주어 액체상태의 냉매액으로 변환하는 방열판(7), 관 내부의 냉매에 포함된 수분 및 오물을 제거하는 드라이어(8), 상기 드라이어(8)를 통과한 냉매액의 압력을 일정한 압력으로 감압시켜주는 모세관(9), 상기 모세관(9)을 통하여 저온 저압의 액체상태인 냉매를 팽창 증발시켜 외부의 열을 흡수하도록 하는 증발기(10), 상기 증발기(10)를 통과하는 냉매를 다시 압축기(6)로 연결시켜 순환되도록 하는 연결관(11)및 상기 증발기(10)와 열교환으로 물을 냉각하고 저장하는 냉수통(2)으로 구성된다.

냉각수는 상기 냉수통(2)의 하단부 둘레에 감겨진 상기 증발기(10) 즉 냉매가 순환되는 냉각관과 밀착된 상태에서 열교환이 이루어져 냉수통(2) 내부에 담겨져 있는 물이 가진 열을 빼앗도록 하므로서 물의 온도를 낮추어 냉수통(2)의 하측에 구비된 냉수출수구(17)를 통하여 냉수를 공급하도록 하는 것이다.

상기 냉수통(2)의 내부에 설치되어 상부와 하부로 경계를 형성하는 베플(12)은 상측의 상온수와 하측의 냉각수가 서로 쉽게 섞이지 않도록 분리하는 매우 중요한 기능을 수행하는 것으로 상기 베플(12)은 냉온수기의 성능에 직접적인 영향을 주는 주요 부품이다.

상기 베플(12)은 중앙의 홀을 통하여 베플관의 하측에 구비된 온수공급관(13)과 연결되며, 상기 베플(12)에 의해 비교적 냉각되지 않은 냉수통(2) 상부의 물을 온수통(3)으로 공급되도록 하는 것이다.

미 설명부호 15는 냉각수통의 온도를 감지하여 압축기의 전원을 제어하도록 하므로서 냉각수의 온도를 일정온도 범위 내에서 유지하도록 하는 냉수온도자동 조절기이다.

또한 상기 온수공급계통은 밀폐된 구조의 온수통(3)과 상기 온수통(3)의 내부에 설치되어 물을 가열하도록 하는 히터(4)와 온수의 온도를 자동 조절하는 온수 온도자동조절기(5)로 구성되며, 상측으로는 온수출수구(16)와 온수공급관(13)이 구비되어 있다.

상기 온수통의 내부에는 상기 온수공급관(13)이 하측으로 길게 연장되어 있고, 상기 온수통(3)내의 온수공급관(13) 상부에는 상기 온수통(3) 내부에서 발생되는 기체를 방출하기 위한 기포배출공(14)이 하나 이상 천공되어 있다.

이와 같은 구성으로 된 냉온수기에 있어서, 상기 냉수통(2)은 물분배기의 내측 상부에 설치되는 것으로서 상측에 도립으로 수납되는 물통(1)을 지지하고, 상기 물통(1)으로부터 공급되는 물을 적정량 유지하면서 일시 저장하여 냉각하거나 온수통(3)으로 공급한다.

그런데 종래의 이와 같은 구조에서는 상측의 냉수통(2)과 하측의 온수통(3)과의 사이에 연결된 온수공급관(13)을 통하여 온수가 역류되는 형상으로 매우 큰 열손실이 발생하는 문제점이 있었다.

통상적으로 냉온수기는 특성상 냉수통(2)의 물의 온도는 냉각계통의 작동으로 저온상태를 유지하며, 온수통(3)의 물의 온도는 히터에 의해 가열되어 매우 뜨거운 고온상태를 유지하기 때문에 매우 큰 온도편차를 나타내고 있어 상호 연결된온수공급관을 통하여 뜨거운물과 차가운 물 사이에는 비중차이로 인하여 대류현상이 일어나 상호간에 물이 섞이게 된다.

즉, 물의 물리적인 현상인 물의 대류현상으로 뜨거운 물이 차가운 물보다 비중이 작으므로 뜨거운 물이 위쪽으로 상승하게 되는데 종래의 구조에서는 온수공급관(13)이 항상 개방된 상태를 유지하고 있으므로 온수의 역류현상이 매우 심하여 냉수와 온수가 서로 섞이게 되므로 양측이 각각 열손실을 일으키는 문제점을 갖게 되는 것이다.

특히 온수통내에서 물이 끓게 되면, 물 속에 녹아있던 용존산소나 기타 기체가 기포화되어 상승하게 되며, 아울러 물이 끓어 수증기가 발생하게 되는데 이러한 기포는 상기 온수통(3) 내부 하측으로 길게 연장되어 설치되어 있는 온수공급관(13) 상부에 형성된 기포배출공(14)을 통하여 배출되게 되며, 이러한 기포가 온수공급관을 통하여 상승하면서 동시에 온수를 함께 끌어올리는 원동력으로 작용하므로 온수의 역류현상이 활발히 일어난다.

따라서, 차가운 냉수와 뜨거운 온수가 상호 섞이게 되므로 냉수통과 온수통에서 각각 열손실이 일어나게 되므로 그에 따른 에너지의 손실이 매우 크며, 아울러 냉온수기에서 요구되는 냉 온수의 온도조건을 맞추는데 어려움이 있었다.

특히, 냉각을 위한 압축기의 작동주기가 매우 잦아 소음발생 및 에너지소모가 크며, 동시에 온수를 가열하기 위한 히터의 가동도 잦아 에너지소모가 매우 큰 문제점이 있었다.

즉, 종래의 냉온수기의 구조에서는 냉수통의 물과 온수통의 물줄기가 온수공급관에 의해 연속적으로 연결되어 약간의 온도차이에 의해서도 연속적으로 대류현상을 일으켜 혼합되게 되며, 따라서 온도센서의 신호감지에 의하여 히터의 가동주기와 냉각계통의 가동주기가 매우 짧아져 매우 큰 에너지 손실이 있었다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 본 출원인은 도 7에 도시된 바와 같이 실용신안등록 제 20-0328361호를 제안한 바 있다.

도시된 바와 같이 냉수통(20)으로 부터 온수통(30)으로 연결되는 온수공급관(40)의 관로를 제어하도록 하기 위한 수단으로 냉수통(20)의 내부에 설치되는 베플(60)의 관 내측 소정 부위에 온수역류방지장치인 체크밸브(50)를 장착하여 온수공급관(40)의 온수의 역류됨을 방지하고자 한 것이다.

미설명 부호 (70)는 냉수통(20)을 냉각시켜주는 증발기이고, (80)은 온수통(30)을 가열하는 히터이다.

그러나 이러한 체크밸브에 의한 온수역류방지장치는 약간의 온수역류현상을 줄여주는 효과를 얻을 수는 있었으나 근본적으로 에너지 효율을 높일 수 있을 정도의 현저한 효과는 기대할 수 없었다.

즉 종래의 체크밸브를 설치한 구조에 의해서는 미량씩이나마 연속적인 역류현상이 발생하므로서 에너지 효율을 향상시킴에 있어서 한계가 있어 효과가 크지 못하였으며, 온수의 사용시 관로상에 설치되는 체크밸브에 의해 물의 흐름이 방해됨으로서 출수량이 감소하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 고안에서는 냉수계통과 온수계통이 상호간에 직접 연결될 수밖에 없는 냉온수기의 특수한 특성을 감안하여 온수공급관로상에서 냉수와 온수가 직접 접촉되는 것을 스스로 차단하도록 하므로서 온수의 역류현상이 방지되도록 한 온수역류방지장치를 갖는 냉온수기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예를 보인 냉온수기 주요 부분의 단면도.

도 2는 본 고안의 요부 확대 작동상태 단면도.

도 3은 본 고안의 다른 실시예를 보인 냉온수기 주요부분의 단면도.

도 4는 본 고안의 다른 실시예 요부 확대 작동상태 단면도.

도 5는 본 고안의 또 다른 실시예의 요부를 도시한 사시도.

도 6은 종래의 냉온수기 주요부분 구성을 보인 구성도.

도 7은 종래의 온수역류방지장치 작동상태 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100: 온수공급관 101: 에어 홀

110: 굴곡부 111: 에어트랩

112: 연결부재

200: 냉수통 201: 증발기

202: 냉수배출구 210: 베플

300: 온수통 301: 히터

302: 온수배출구

상기의 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 고안에서는 상단부에 도립되게 장착되는 물병으로 부터 물을 공급받아 저장함과 동시에 별도의 냉각장치에 의해 냉각하여 냉수를 공급하는 냉수통과, 상기 냉수통의 하측에 설치되며, 상기 냉수통으로 부터 온수공급관을 통하여 물을 공급받아 내부에 설치된 히터에 의해 물을 가열하여 온수를 공급하도록 하는 온수통으로 구성된 냉온수기에 있어서, 상기 냉수통과 온수통의 사이에 연결된 온수공급관의 소정 부위를 변형하여 물의 공급 흐름경로상에 기포층에 의하여 온수와 냉수의 직접접촉을 차단하는 경계부분인 에어트랩이 형성되도록 소정 부분이 굴곡된 굴곡부를 구비함을 특징으로 한다.

또한 상기 온수공급관의 굴곡부는 온수통 연결 연장부가 냉수통 연결 연장부 보다 수위가 높게 형성되게 세워져 상기 온수통 연결 연장부에 에어가 정체될 수 있는 (∩)형 에어트랩이 형성되도록 함을 특징으로 한다.

상기 굴곡부는 수직방향 원형이나 수평방향 원형 또는 "∽" 형으로 굴곡됨을 특징으로 한다.

또한 상기 굴곡부는 온수공급관과 일체형이거나 또는 분리형으로 착탈가능하게 구성됨을 특징으로 한다.

상기 굴곡부는 금속재 또는 합성수지재임을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 고안을 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 일 실시예를 보인 냉온수기 주요 부분의 단면도이고, 도 2는 본 고안의 요부 확대 작동상태 단면도이다.

본 고안은 도면에 도시된 바와 같이 냉수통(200)과 온수통(300)의 사이를 연결하여 온수통(300)에 물을 공급하도록 하는 온수공급관(100)의 중간부분을 굴곡시켜 굴곡부(110)를 형성한 것이다.

즉, 상기 냉수통(200)과 온수통(300)의 사이에 연결된 온수공급관(100)의 소정 부위를 변형하여 물의 공급 흐름경로상에 기포층에 의한 경계부분인 에어트랩(111)이 형성되도록 굴곡된 굴곡부(110)를 구비하여 온수의 역류를 방지하도록 하는 것이다.

상기 굴곡부(110)는 온수통(300)으로부터 연장된 부분이 냉수통(200)으로 부터 연장된 부분보다 더 높게 형성하여 물로 채워지는 관의 내부에 공기층 즉 에어트랩(111)이 형성되도록 하는 것이다.

즉, 상기 굴곡부(110)는 온수통 연결 연장부의 높이가 냉수통 연결 연장부 보다 상대적으로 높게 구성함으로서 상기 온수통 연결 연장부에 기체가 정체될 수 있는 "∩"형 에어트랩(111)이 형성되도록 한 것이다.

상기 굴곡부(110)는 전체적으로 "∽" 형으로 굴곡시켜 줌으로서 일 측에 "∩"형 에어트랩(111)이 형성되도록 한 것이다.

상기 굴곡부(110)는 상하 양단부에 구비된 연결부재(112)에 의해 온수공급관(100)으로 부터 착탈가능한 분리형으로 구성할 수도 있다.

도 3은 본 고안의 다른 실시예를 보인 냉온수기 주요부분의 단면도이고, 도 도 4는 요부 확대 작동상태 단면도로서, 상기 굴곡부(110)는 수직방향 원형으로 굴곡시켜 구성한 것이다.

상기 굴곡부(110)는 온수통(300) 연결 연장부가 냉수통(200) 연결 연장부 보다 상대적으로 높게 형성되게 구성함으로서 상기 온수통 연결 연장부에 기체가 정체될 수 있는 "∩"형 에어트랩(111)이 수직방향으로 세워지게 형성되도록 한 것이다.

도 5는 본 고안의 다른 실시예로서 상기 굴곡부(110)는 측방향으로 원호를 그리고 연직 상방향과 하방향으로 입구가 형성되는 팽이형으로서 일측이 약간 높은 비스듬한 경사를 이루는 원호형으로 형성하여 에어트랩(111)이 형성되도록 구성된것이다.

상기 굴곡부(110)는 온수공급관(100)과 일체형으로 구성하거나 또는 분리 착탈이 가능한 분리형으로 구성할 수 있다.

바람직하게는 분리 착탈방식이 더 위생적일 수 있다. 왜냐하면, 주기적으로 분리하여 관 내부를 청결하게 세척하므로서 보다 위생적인 물의 공급이 가능하기 때문이다.

또한 상기 굴곡부(110)는 금속재로 하는 것을 원칙으로 하나 열에 강한 합성수지재를 사용하여도 무방하다.

이와 같은 본 고안의 작동상태를 살펴본다.

통상적으로 냉온수기에 공급되는 물은 천연생수를 위생적으로 포장하여 적정규격의 물통에 담아 포장하여 공급된다.

이와 같은 물에는 천연 미네랄성분과 아울러 산소 또는 이산화탄소와 같은 기체가 용해되어 물 속에 함유되어 있다.

통상적으로 물의 용해도는 온도에 따라 달라지며, 특히 용질이 기체인 경우에 용해도는 온도 및 그 기체의 분압(分壓)에 의해서 변화한다.

즉, 일정량의 액체에 대한 기체의 용해도는 온도가 상승함에 따라 감소하고, 기체의 분압에 비례하여 증가한다.

따라서 온수통(300)내에 처음 유입된 저온의 생수에는 소정량의 기체가 용해되어 있다가 히터(301)의 가동으로 물의 온도가 상승하면서 물 속에 용해되어 있던 기체성분이 물로부터 분리되어 기포화되어 상승한다.

이와 같이 상승된 기포는 온수통(300) 내부 상측 온수공급관(100)에 천공된 하나 이상의 에어홀(101)을 통하여 상승되게 되며, 상승과정에서 "∩"형 에어트랩(111)에 모아지면서 공기층을 형성하게 되는 것이다.

이와 같이 형성된 공기층인 에어트랩(111)은 온수통(300)의 온수와 냉수통(200)의 냉수를 상호 구분하는 경계역할을 하게 되어 서로 섞이지 않도록 하는 것이다.

그러나 히터(301)의 가동이 강력하여 물이 끓어오르면 수증기의 발생과 물의열팽창으로 부피가 증가하여 온수통(300)내에 압력이 높아지면서 소정량의 물이 수증기와 함께 상승하게 된다.

상승되는 수증기는 에어트랩(111)의 냉수측에 의해 급격히 식으면서 즉시 물로 응결되면서 부피가 줄어들어 심한 역류현상은 나타나지 않는다.

또한, 온수통(300)의 자동온도조절장치에 의해 히터(301)의 전원이 차단되면 발열작용이 중지되면서 즉시 온도상승이 멈추고 서서히 냉각되면서 부피가 감소되어 역류현상이 급격히 감소되게 되는 것이다.

이때 에어트랩(111)의 공기층은 냉수와 온수의 경계를 이루면서 최소량의 물만이 섞이도록 하므로서 전체적으로 냉온수기의 냉수통(200)과 온수통(300)의 물이 섞이는 것을 방지하여 준다.

본 출원인은 다수의 샘플실험을 통하여 확인한 바 온수의 역류현상은 온수통 내의 히터가 소정시간 가열되어 온수통의 물이 비등점에 접근하였을 때 급격한 역류현상이 있음을 확인하였으며, 특히 물이 관내에서 연속적으로 연결되어 있을 경우에는 히터가 가동되지 않는 동안에도 자체 대류현상에 의하여 연속적으로 역류현상이 일어나고 있음을 확인하였다.

그러나 본 고안은 냉수측과 온수측을 중간에서 에어층에 의하여 온수측과 냉수측을 단절시켜 줌으로서 히터가 가동되지 않는 시간 동안에는 거의 역류현상이 발생되지 않는 것을 확인할 수 있었다.

이상 살펴본 바와 같이 본 고안은 종래의 냉온수기의 구조에서는 냉수통의 물과 온수통의 물줄기가 온수공급관에 의해 연속적으로 연결되어 약간의 온도차이에 의해서도 연속적으로 대류현상을 일으켜 혼합되어 히터의 가동주기와 냉각계통 콤프레셔의 가동주기가 매우 짧아 매우 큰 에너지 손실이 있었으나 본 고안에서는 히터의 가동이 최고를 이루는 순간에만 잠깐 역류현상이 있을 뿐 거의 대부분 차단효과를 나타내므로 냉수계통과 온수계통이 상호간에 각각 열손실이 방지되어 이중의 이득을 얻게 되는 것이다.

따라서 본 고안은 냉수와 온수를 공급하는 전기냉온수기에 있어서 에너지 손실을 매우 현저하게 줄여줄 수 있는 매우 유용한 기술인 것이다.

Claims (9)

1. 상단부에 도립되게 장착되는 물병으로부터 물을 공급받아 저장함과 동시에 별도의 냉각장치에 의해 냉각하여 냉수를 공급하는 냉수통(200)과

   상기 냉수통(200)의 하측에 설치되며, 상기 냉수통(200)으로 부터 온수공급관(100)을 통하여 물을 공급받아 내부에 설치된 히터(301)에 의해 물을 가열하여 온수를 공급하도록 하는 온수통(300)으로 구성된 냉온수기에 있어서,

   상기 냉수통(200)과 온수통(300)의 사이에 연결된 온수공급관(100)의 소정 부위를 변형하여 물의 공급 흐름경로상에 기포층에 의하여 온수와 냉수가 직접 접촉하는 것을 차단하는 에어트랩(111)이 형성되도록 굴곡된 굴곡부(110)를 구비함을 특징으로 하는 온수역류방지장치를 갖는 냉온수기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 온수공급관(100)의 굴곡부(110)는 온수통 연결 연장부가 냉수통 연결 연장부 보다 수위가 높게 형성되게 하여 상기 온수통 연결 연장부에 에어가 정체될 수 있는 "∩"형 에어트랩(111)이 형성되도록 함을 특징으로 하는 온수역류방지장치를 갖는 냉온수기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 굴곡부(110)는 "∽" 형으로 굴곡됨을 특징으로 하는 온수역류방지장치를 갖는 냉온수기.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 굴곡부(110)는 수직방향의 원형으로 굴곡됨을 특징으로 하는 온수역류방지장치를 갖는 냉온수기.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 굴곡부(110)는 측방향으로 원호를 그리고 연직 상방향과 하방향으로 입구가 형성되는 팽이형으로서 일측이 높은 비스듬한 경사를 이루는 원호형으로 형성됨을 특징으로 하는 온수역류방지장치를 갖는 냉온수기.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 굴곡부(110)는 상하 양단부에 구비된 연결부재(112)에 의해 온수공급관(100)으로 부터 착탈가능한 분리형으로 구성됨을 특징으로 하는 온수역류방지장치를 갖는 냉온수기.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 굴곡부(110)는 온수공급관(100)과 일체형으로 구성됨을 특징으로 하는 온수역류방지장치를 갖는 냉온수기.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 굴곡부(110)는 금속재임을 특징으로 하는 온수역류방지장치를 갖는 냉온수기.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 굴곡부(110)는 합성수지재임을 특징으로 하는 온수역류방지장치를 갖는 냉온수기.