KR20040035224A - 정수냉각용 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정수냉각용 냉각장치에 관한 것으로, 냉각저수통(40) 내부에 냉매관(30)이 삽입된 냉각장치가 직접 장착되어 냉각저수통(40)의 물을 보다 효율적으로 냉각할 수 있는 직접냉각구조를 적용하고자 하며, 이러한 직접냉각구조는 냉각장치로부터 냉각 전달열이 냉각저수통 내부의 물에 직접 접촉함으로써 열효율이 높고, 냉각된 물을 연속적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 외부로의 열손실을 최소화하기 때문에 효율적일 수 있다. 이에 대한 기술적인 수단으로 냉각봉(10)의 내부에 냉매관(30)이 삽입되고, 상기 냉매관(30)을 보호하고 또한 열전달 매체로의 기능을 수행하는 외부 구성체인 중앙부의 냉각봉(10)과 상기 냉각봉(10)의 외부에 일체형으로 부착되어 있는 냉각핀(20)으로 구성되며, 상기 냉각봉(10)은 헬리컬 형상의 냉매관(30)이 내부에 구성되면서 냉각핀(20)은 헬리컬(스크류) 형상으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

정수냉각용 냉각장치 {A Pure Water Refrigeration Device}

본 발명은 냉온수기 및 냉온정수기에서 냉각저수통의 물을 냉각하기 위한 정수냉각용 냉각장치에 관한 것으로, 냉각저수통 내부에 냉매관이 삽입된 냉각장치가 직접 장착되어 냉각저수통의 물을 보다 효율적으로 냉각할 수 있는 직접냉각구조를적용하여 냉각장치로부터 냉각 전달열이 냉각저수통 내부의 물에 직접 접촉함으로써 열효율이 높고 냉각된 물을 연속적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 외부로의 열손실을 최소화할 수 있는 정수냉각용 냉각장치에 관한 것이다.

냉온수기 및 냉온정수기의 냉각은 증발 잠열을 이용하는 증기압축식 냉동법으로, 즉 액화가스의 증발작용을 이용하여 피 냉각물체로부터 열을 흡수하는 냉각방법으로 기체가 된 냉각가스를 액화하여 연속적으로 냉각작용을 얻는 방식이다.

일반적으로 증발기의 역할을 수행하는 도 1에서 보는 바와 같이, 냉매관(20)을 냉각저수통(10)에 직접 혹은 간접으로 부착하여 냉각기능을 수행하게 되며, 현재까지 주로 냉각저수통(10)의 외벽에 냉매관(20)을 일정길이로 감아 부착하고, 이 냉매관(20)을 흐르는 액화가스의 증발작용을 이용하여 냉각저수통(10)의 물을 냉각하는 간접냉각방식을 채택하였다.

그러나 간접냉각방식은 냉각저수통(10) 외부의 냉매관(20)으로부터 냉각저수통(10)을 거쳐 냉각저수통 내부로의 냉각 즉, 간접냉각에 따른 열효율의 저하와 함께 냉각저수통(10)에 감긴 냉매관(20)으로부터 외부로의 열손실이 많아 효율적인 냉각방식은 아니었다.

따라서 본 발명은 이러한 사정을 감안하여 개발된 것으로, 냉각저수통 내부에 냉매관이 삽입된 냉각장치가 직접 장착되어 냉각저수통의 물을 보다 효율적으로 냉각할 수 있는 직접냉각구조를 적용하여 냉각장치로부터 냉각 전달열이 냉각저수통 내부의 물에 직접 접촉되게 함으로써 열효율이 높고 냉각된 물을 연속적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 외부로의 열손실을 효율적으로 최소화할 수 있는 정수냉각용 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 기존의 냉각방식에 따라 냉각저수통 외측에 냉매관이 감겨진 구조도.

도 2는 본 발명의 정수냉각용 냉각장치 사시도.

도 3은 본 발명에 따라 냉각봉 내부에 냉매관이 삽입된 냉각장치가 냉각저수통에 설치된 구조도.

도 4는 본 발명의 냉각장치 성형방법에 대한 제작공정도.

도 5는 본 발명의 냉각장치 성능결과표.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 냉각봉 20 : 냉각핀

22 : 이동경로 30 : 냉매관

40 : 냉각저수통

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정수냉각용 냉각장치는 냉각봉의 내부에 냉매관이 삽입되고, 상기 냉매관을 보호하고 또한 열전달 매체로의 기능을 수행하는 외부 구성체인 중앙부의 냉각봉과 상기 냉각봉의 외부에 일체형으로 부착되어 있는 냉각핀으로 구성되며, 상기 냉각봉은 헬리컬 형상의 냉매관이 내부에 구성되면서 냉각핀은 헬리컬(스크류) 형상으로 구성된 것을 특징으로 한다.

아울러 냉매관은 좌우 대칭형으로 내부 중앙에 인입구 혹은 인출구가 구성되면서 전체적으로는 헬리컬 형태로 연속 이어지게 형성되어 냉각저수통 밖으로 연결되며, 또한 상기 냉매관은 구리, 스테인리스, 황동중 어느 하나가 구성되면서 상기 냉매관이 삽입된 냉각봉과 냉각핀은 구리 또는 알루미늄으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 냉매관이 삽입되는 냉각봉 및 냉각핀은 냉매관 성형 단계, 주물제작단계, 가공단계, 코팅처리단계를 거치면서 사형주조, 금형주조, 다이캐스팅, 정밀주조, 저압주조, 원김주조로 성형되는 한편, 경질 아노다이징, 테프론 코팅, 나이론 코팅, 분체도장 같은 인체 무독성 성분이 포함된 코팅처리가 전 표면에 실시된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 직접냉각방식의 냉각장치 구조는 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 냉각봉(10)의 내부에 냉매관(30)이 삽입되고, 상기 냉매관(30)을 보호하고 또한 열전달 매체로의 기능을 수행하는 외부 구성체 즉, 중앙부의 냉각봉(10)과 상기 냉각봉(10)의 외부에 일체형으로 부착되어 있는 냉각핀(20)으로 구성되며, 특히 냉각봉(10)은 헬리컬 형상의 냉매관(30)이 내부에 구성되면서 냉각핀(20)은 헬리컬(스크류) 형상으로 구성된다.

헬리컬 구조의 냉각핀(20)은 냉각장치 중앙부의 냉각봉(10)과 일정한 간격으로 또한 상부를 향하여 일정 각도(수평을 기준으로 0°에서 45° 사이의 각도)를 이루고 있는 연속구조의 판형상 핀으로 구성되면서, 아울러 일정 각도를 갖는 것이 바람직하나 제작상의 용이성을 갖기 위하여 수평으로 제작하여 적용할 수 있다.

또한 일정 간격의 냉각핀(20)은 냉각저수통(40)과 밀착하여 장착됨으로써 냉각핀(20) 사이에는 일정공간이 연속적으로 형성되어, 물이 냉각장치와 냉각저수통(40) 사이의 공간으로 유동하여 층류를 형성할 뿐만 아니라 유출수와 유입수가 상호 혼합되는 것을 방지하는 구조를 갖게 된다.

또한 냉각핀(20)이 상부로 일정 각도를 갖도록 함으로써 물이 연속적으로 흐르는 경우 뿐만 아니라, 다량의 유출에 따른 냉각저수통(40)의 물이 부족한 경우에라도 냉각봉(10)이 위치한 냉각장치의 중앙부를 따라 상부에서 하부로 흐름으로써 연속적인 냉각이 되도록 유도하는 구조이다.

또한 냉각핀(20)은 중앙부의 냉각봉(10)으로부터 일부 냉각저수통(40)의 밀착면을 향해 점차 단면 두께가 축소되도록 하여 냉각봉(10)으로부터 냉각핀(20) 끝단부로의 냉각열을 손실 없이 전달되도록 함이 바람직하며, 따라서 본 발명의 냉각장치는 냉매관(30)이 내부에 삽입된 냉각봉(10)과 함께 냉각핀(20) 전체가 냉각열을 전달하는 구조적 특성을 갖게 된다.

즉, 냉각장치의 중앙부인 냉각봉(10) 속에는 냉매관(30)이 삽입되어 있는데, 냉각봉(10)과 함께 냉각핀(20)에 균일하게 냉각열이 전달되도록 헬리컬 형상으로 형성되며, 냉각봉(10) 내부에 삽입되는 헬리컬 형상의 냉매관(30)은 냉온수기 및 냉온정수기의 압축기의 냉매 유입 및 유출구와 연결되는데, 인입 냉매관(30)과 유출 냉매관(30)이 냉각장치의 중앙부에서 좌우가 대칭이 되도록 성형함으로써 내부 및 외부로의 균일 냉각을 유도하게 된다.

특히, 냉각장치에서 냉매관(30)의 구성에 따라 냉각성능이 다르게 나타나기 때문에 가능하면 냉매관(30)은 좌우 대칭, 균일 간격의 성형 및 적용이 필요하며, 본 발명에서는 냉각장치의 냉각봉(10)과 냉각핀(20)에 균일한 냉각열이 전달되도록 냉각장치의 중앙부를 기준으로 좌우 대칭형으로 구성됨을 기본으로 한다.

그리고 냉매관(30)은 외부에서 입구와 출구가 냉각장치의 내부로 연결되는 특성 때문에 입구와 출구의 배치가 중요한데, 먼저 냉매관(30)은 중앙부를 따라 수직으로 배치되고 중앙으로부터 바깥 외경으로 원형 형상의 일정 간격 즉, 헬리컬 형상으로 연속 성형된다.

아울러 중앙부에 설치된 냉매관(30)과 원주상으로 일정하게 성형된 냉매관(30) 때문에 냉매가 냉매관(30)을 흐를 때 냉각장치의 모든 부위를 균일하게 냉각열을 전달하고, 전달된 냉각열은 결국 냉각저수통(40) 내부의 물을 균일하면서도 효과적으로 냉각하는 기능을 갖게 된다.

한편 냉각성능이 크게 요구되는 경우 즉, 냉수 요구량을 다량으로 요구하는 경우에는 냉매관(30)의 간격, 냉매관 성형 길이, 냉각봉(10) 및 냉각핀(20)의 외경 및 길이 등을 적절히 조절하고, 헬리컬 형상의 외부 냉각 장치 소재와 일체로 성형함으로써 목적으로 하는 고성능의 냉각장치를 제작할 수도 있다.

특히 냉각장치는 내부에 삽입되어 있는 냉매관(30)으로부터 냉각열을 가능하면 외부로 균일하게 그리고 효과적으로 전달해야하는 기능성의 요구때문에 냉매관(30)과 외부 냉각장치 소재와의 밀착성 뿐만 아니라 균일성이 필요하다.

따라서 본 발명에서는 헬리컬 형상의 냉각장치 소재와 냉매관(30)을 기계가공 및 조립 등의 인위적인 접합 없이 제작 상태에서 일체형으로 구성되도록 주조작업으로 제작하였으며, 가공 및 삽입 형태로도 제작하는 것은 가능하나 열전달 측면에서 일체형으로 제작하는 것이 열손실이 없는 가장 효율이 높은 냉각효과를 갖도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 냉각장치의 제작공정은 도 4에서 보는 바와 같이 크게 4단계로 구성되는데, 1단계는 냉매관 성형단계, 2단계는 주물 제작단계, 3단계는 가공단계, 4단계는 코팅단계를 거쳐 냉각장치를 제작하게 된다.

우선 냉매관 성형용 금형 제작, 헬리컬 냉매관 성형, 주형 제작, 냉매관 고정 및 주형 조립, 주조작업, 후처리, 냉각핀 외경 및 결합부 가공, 표면 코팅처리를 거치게 되며, 주조작업의 경우 일반 사형주조, 금형주조, 정밀주조, 저압주조, 다이캐스팅 공법을 적용할 수 있다.

냉매관(30)의 소재는 기존부터 사용하고 있는 구리소재와 함께 스텐레스, 황동소재를 사용할 수 있으며, 구리는 열전달 측면에서 효과가 있으나 주조작업 측면에서는 어려움이 많고, 황동이나 스텐레스는 주물작업에서 열저항 특성이 있기 때문에 작업 상황에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

냉각장치의 헬리컬 구조체는 주조 가공성이 우수하고 또한 열전달 특성이 우수한 구리나 알루미늄 소재를 사용할 수 있으며, 구리의 경우 순동, 알루미늄의 경우 일반 합금소재를 사용할 수 있으나, 코팅처리 등의 후처리에서 용이한 적용을 고려하면 순 알루미늄이나 dkffnalsba-마그네슘 합금을 사용하는 것이 유리하다.

냉각장치는 냉온수기 혹은 냉온정수기의 냉각저수통(40) 내부에서 수년간의 장시간 동안 침적되어 냉각기능을 수행하기 때문에 반복 사용에 따른 내구성과 함께 환경 위생 측면에서 인체에 무해한 소재를 사용해야 한다.

특수 코팅처리가 없는 일반 냉각장치의 구조체 소재는 장시간 물에 침적되거나, 특히 지역에 따른 물의 성분변화에 따라 경우에 따라서는 변색되거나 부식 등이 발생할 수 있으며, 이로 인해 내구성 저하와 함께 비위생적인 문제가 발생할 수 있다.

따라서 내구성과 함께 위생적으로 문제가 없는 냉각장치를 제작해야 하는데 이를 위해 특수한 코팅이 적용되어야 하며, 본 발명에서는 다양한 코팅 중에서 경질 아노다이징 처리, 테프론 코팅, 나이론 코팅, 분체도장 등을 냉각장치 구조체에 적용하여 내구성과 확보와 함께 위생적으로 안전한 냉각장치를 제작하고 있다.

또한 헬리컬 형상의 냉각핀(20)이 연속적으로 구성된 냉각장치 뿐만 아니라, 냉각핀(20)이 각 단계별로 일정 거리를 두고 분리된 수평형 냉각핀 냉각장치를 제작하는 것이 가능하며, 이 경우 연속적인 헬리컬의 냉각핀(20)에 의한 연속 유로를 구현하기 위한 냉각핀(20)에는 물의 이동통로(22)가 되는 일정 형상의 구멍이 성형되고, 이 이동통로(22)는 각 단계마다 상호 교체 즉, 180°로 배치되도록 구성하여 물의 이동경로가 최대가 되도록 유도할 수 있으며, 물의 이동경로가 크다는 것은 냉각장치의 표면을 최대한 긴 길이로 이동하는 것이 되어 결국 냉각 능력 즉, 냉가효율이 크게 되는 것을 나타낸다.

한편, 도 5는 본 발명의 냉각장치를 적용한 냉온정수기와 기존의 냉온정수기의 냉각성능 시험결과를 나타낸 것으로, 이는 유입수 온도가 23°이고 2시간 냉동기 가동 후에 200cc/1컵으로 냉수 연속추출 시험 결과로써 기존의 냉각장치에 비해 월등한 냉각성능을 갖고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 정수냉각용 냉각장치에 의하면, 냉각장치로부터 전달되는 냉각열이 물에 직접 접촉함으로써 열효율이 높고 냉각된 물을 연속적으로 사용할 수 있을 뿐 만 아니라 외부로의 열손실을 최소화하기 때문에 효율적이므로, 이는 결과적으로 냉각성능이 우수한 냉각장치를 제작하는 것이 가능하고 열전달이 우수한 제작방법으로부터 고성능이 냉각장치는 제조할 수 있어 위생적으로도 안전한 냉각장치를 제공하는 것이 가능하다.

Claims (5)

1. 냉각봉(10)의 내부에 냉매관(30)이 삽입되고, 상기 냉매관(30)을 보호하고 또한 열전달 매체로의 기능을 수행하는 외부 구성체인 중앙부의 냉각봉(10)과 상기 냉각봉(10)의 외부에 일체형으로 부착되어 있는 냉각핀(20)으로 구성되며, 상기 냉각봉(10)은 헬리컬 형상의 냉매관(30)이 내부에 구성되면서 냉각핀(20)은 헬리컬(스크류) 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 정수냉각용 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 냉매관(30)은 좌우 대칭형으로 내부 중앙에 인입구 혹은 인출구가 구성되면서 전체적으로는 헬리컬 형태로 연속 이어지게 형성되어 냉각저수통(40) 밖으로 연결되는 것을 특징으로 하는 정수냉각용 냉각장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 냉매관(30)은 구리, 스테인리스, 황동중 어느 하나가 구성되면서 상기 냉매관(30)이 삽입된 냉각봉(10)과 냉각핀(20)은 구리 또는 알루미늄으로 구성된 것을 특징으로 하는 정수냉각용 냉각장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 냉매관(30)이 삽입되는 냉각봉(10) 및 냉각핀(20)은 냉매관 성형 단계, 주물제작단계, 가공단계, 코팅처리단계를 거치면서 사형주조, 금형주조, 다이캐스팅, 정밀주조, 저압주조, 원김주조로 성형되는 것을 특징으로 하는 정수냉각용 냉각장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 냉매관(30)이 삽입되는 냉각봉(10) 및 냉각핀(20)은 경질 아노다이징, 테프론 코팅, 나이론 코팅, 분체도장 같은 인체 무독성 성분이 포함된 코팅처리가 전 표면에 실시된 것을 특징으로 하는 정수냉각용 냉각장치.