KR20060081293A - 열교환 커플링장치 및 이를 구비한 슬림형 냉온수공급용정수기 - Google Patents

열교환 커플링장치 및 이를 구비한 슬림형 냉온수공급용정수기 Download PDF

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KR20060081293A
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Abstract

본 발명에 따른 열교환 커플링장치 및 이를 구비한 슬림형 냉온수공급용 정수기는 각각 측벽과 외벽을 구비하여 잠열매체를 수용하고, 그 각각의 측벽이 서로 대향하여 배치된 제1몸체 및 제2몸체; 피처리수를 유입받아 몸체들의 내부에 주입시키는 유입관들; 각각의 몸체내에서, 유입관으로부터 유입된 피처리수가 흐르는 유로가 나선형을 이루도록 감겨있는 적어도 하나의 나선튜브; 나선튜브를 통과한 피처리수를 몸체들의 외부로 유출시키는 유출관들; 및 제1몸체와 제2몸체의 사이에 개재되고, 제1몸체의 측벽으로부터 열을 흡수하여 제2몸체의 측벽으로 전달하는 펠티어 소자층을 포함하고, 잠열매체는 각각의 몸체들 내에 수용되어, 나선튜브의 외표면과 접촉하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 나선튜브내에서 짧은 시간에 고속으로 흐르는 피처리수의 온도를 잠열매체를 통해 변환시킬 수 있으므로 냉온수 저장용 탱크가 없어도 냉수 또는 온수를 즉시 공급가능하고, 에너지 이용효율을 극대화할 수 있다. 잠열매체를 이용함으로써, 한꺼번에 많은 양의 냉수 또는 온수가 배출되는 경우에도 급격한 온도변화를 방지할 수 있다. 또한, 부피 및 무게를 크게 감소시킬 수 있으며, 슬림형으로 제조되는 것도 가능하게 된다.

Description

열교환 커플링장치 및 이를 구비한 슬림형 냉온수공급용 정수기{AN ENERGY EXCHANGING COUPLER AND A SLIM WATER-PURIFIER PROVIDING COOL AND HOT WATER COMPRISING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 커플링장치의 사시도이다.
도 2는 펠티어 소자층을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 커플링장치의 투시 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 커플링장치의 투시 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 커플링장치의 절단 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 열교환 커플링장치를 구비한 일 실시예의 슬림형 냉온수공급용 정수기(200)의 개략적인 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 열교환 커플링장치를 구비한 다른 일 실시예의 슬림형 냉온수공급용 정수기(300)의 개략적인 블록도이다.
도 8은 도 7의 슬림형 냉온수공급용 정수기(300)의 측부에서 본 블록도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
100: 열교환 커플링장치 105: 피처리수 공급용 배관
110: 제1몸체 120: 제2몸체
110a,120a: 측벽 110b,120b: 외벽
111,121: 유입관들 112,122: 유출관들
113,123: 나선튜브 115,125: 노즐
130: 펠티어 소자층 131: 제1절연층
132: P형 반도체 133: N형 반도체
134: 제2절연층 135: 보호기판
140: 잠열매체 150: 정수필터부
160: 소형정수탱크 170: 살균부
200, 300: 슬림형 냉온수공급용 정수기
본 발명은 열교환 커플링장치 및 이를 구비한 슬림형 냉온수공급용 정수기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각용 몸체의 측벽으로부터 열을 빼앗아 가열용 몸체의 측벽을 향해 열을 전달함으로써 일단위의 에너지로 냉수와 온수를 동시에 형성할 수 있으며, 잠열매체를 통해 온도의 급격한 변화를 방지하는 잠열방식을 채용하면서도 순간 가열 및 냉각을 통해 열교환 효율을 극대화한 열교환 커플링장치 및 이를 구비한 슬림형 냉온수공급용 정수기에 관한 것이다.
종래의 냉각장치(에어콘, 냉장고 등) 또는 가열장치(히터, 보일러 등)는 주로 석유, 천연가스 등의 화석연료를 사용하여 환경오염의 문제를 가지고 있을 뿐 아니라, 화석연료를 태우기 위한 연료주입장치, 히터장치 및 배기가스 배출장치를 내장해야 하므로 제조비용이 크게 소요되고 부피와 무게가 큰 문제점이 있었다. 더욱이, 냉각장치는 압축기, 기화기, 증발기, 히트펌프, 냉매 등이 추가적으로 소요되어, 제조비용과 부피가 배가되며 소음이 큰 단점이 있었다. 또한, 냉매는 주기적으로 유지 보수를 해주어야 하는 문제점까지 내포하고 있다.
또한, 종래의 냉각장치 및 가열장치는 각각의 용도에 맞는 열교환 매커니즘을 채용하므로 그 용도에 부합하지 않은 에너지는 낭비되었다. 예를 들어, 에어콘 및 냉장고의 냉각장치의 경우 냉매가 내부에서는 열을 흡수하고 외부로는 열을 방출하는데, 외부로 방출되는 열에너지는 이용되지 못하고 낭비되어 버린다. 특히, 정수기는 냉수공급용 냉각장치와 온수공급용 가열장치가 별도로 구성되어 있어 각각의 장치에서 에너지가 낭비되는 측면이 많았다.
한편, 종래의 가열장치 또는 냉각장치는 피처리수 또는 냉매를 가열 또는 냉각한 후 탱크에 저장해 두는 현열방식을 채용하였다. 그런데, 급격히 많은 양의 피처리수가 소요되거나 냉매의 온도변화가 심할 필요가 있을 경우에는, 탱크에 저장되어있던 피처리수 또는 소정온도의 냉매가 이미 소요되어 버리기 때문에 결국 사용자가 원하는 소요 출력을 만들어내지 못하게 된다. 예를 들어, 정수기의 경우 온수용 노즐로부터 나오는 온수가 온수저장용 탱크의 용량을 초과하면 더이상 온수 가 나오지 못하고 미지근한 물(공급용 생수)이 나와버리게 되며, 냉수용 노즐로부터 나오는 냉수가 냉수저장용 탱크의 용량을 초과하면 더이상 냉수가 나오지 못하고 미지근한 물(공급용 생수)이 나와버리게 된다.
특히, 깨끗한 식수를 공급받기 위한 정수기의 경우 양식장, 정화처리소, 공장내 정수장, 아파트단지용 정수장치, 대형 식당, 병원, 연구소 등에서는 사용 요구량이 많아 냉온수 저장용 탱크의 용량이 부족하거나 냉각/가열 장치의 처리용량이 부족하면 미지근한 물이 나와버릴 가능성이 크다.
또한, 이러한 현열방식만을 채용한 가열장치 또는 냉각장치에서는 오랫동안 사용되지 않은 상태에 있을 때도, 저장용 탱크 내의 피처리수 또는 냉매를 계속해서 가열 또는 냉각해두어야 하므로 에너지 효율이 낮은 문제점도 있었다.
본 발명은 상기 종래 기술 및 이와 관련된 여러 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 피처리수를 냉각 또는 가열한 냉온수 저장용 탱크가 없어도 냉수 또는 온수를 즉시 공급가능한 열교환 커플링장치 및 슬림형 냉온수공급용 정수기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 일측의 피처리수로부터 열을 빼앗아 타측의 피처리수에게 열을 공급함으로써, 일측의 피처리수를 냉수로 변환시키고 타측의 피처리수를 온수로 변환시킴으로써 에너지 이용효율을 극대화한 열교환 커플링장치 및 슬림형 냉온수공급용 정수기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 잠열매체를 이용하여 많은 양의 냉수 또는 온수가 배출되는 경우에도 온도변화의 폭을 감소시킴으로써 급격한 온도변화를 방지할 수 있는 열교환 커플링장치 및 슬림형 냉온수공급용 정수기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 다른 목적은 열교환에 필요한 각종 저장용 탱크, 히터, 압축기, 기화기, 증발기 등이 소요되지 않아 부피 및 무게가 작은 슬림형 냉온수공급용 정수장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 열교환 커플링장치는,
각각 측벽(110a,120a)과 외벽(110b,120b)을 구비하여 잠열매체(140)를 수용하고, 그 각각의 측벽이 서로 대향하여 배치된 제1몸체(110) 및 제2몸체(120);
피처리수를 유입받아 상기 몸체들의 내부에 주입시키는 유입관들(111,121);
상기 각각의 몸체내에서, 상기 유입관으로부터 유입된 피처리수가 흐르는 유로가 나선형을 이루도록 감겨있는 적어도 하나의 나선튜브(113,123);
상기 나선튜브를 통과한 상기 피처리수를 상기 몸체들의 외부로 유출시키는 유출관들(112,122); 및
상기 제1몸체와 상기 제2몸체의 사이에 개재되고, 상기 제1몸체의 측벽(110a)으로부터 열을 흡수하여 상기 제2몸체의 측벽(120a)으로 전달하는 펠티어 소자층(130)을 포함하고,
상기 잠열매체(140)는 상기 각각의 몸체들(110,120) 내에 수용되어, 상기 나선튜브의 외표면과 접촉하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제1몸체의 측벽(110a) 및 제2 몸체의 측벽(120a)은 각각의 외벽(110b,120b)보다도 열전도율이 높고 두께가 얇은 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제1몸체(110)는 제1나선튜브(113)를 내포하고, 상기 제2몸체(120)는 제2나선튜브(123)를 내포하며,
상기 제1나선튜브 및 제2나선튜브는 그 단면이 동심원의 형상을 가진 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 나선튜브들(113,123)은 테프론 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 잠열매체(140)는 상기 각각의 몸체들(110,120) 내에서 상기 나선튜브의 외표면과 상기 몸체들의 내벽 사이의 공간에 채워져 있는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 잠열매체(140)는 황산나트륨10수화물(망초), 파라핀, 지방산, 초산염, 열매체유 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 상기 특징들을 구비한 열교환 커플링장치를 구비함으로써 부피 및 무게, 두께 등을 최소화시킨 슬림형 냉온수공급용 정수기를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 수질살균정화장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적 및 구성상의 특징은 첨부된 도면 및 이하에서 기술되는 본 발명의 상세하고 바람직한 실시예들의 설명에 의하여 더욱 명확하게 될 것이다. 또한, 도면들에서 서로 동일 내지 유사한 부분들은 설명 및 이해의 편의상 동일 내 지 유사한 참조 부호들로 기재되어 있는 점에 주목할 필요가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 커플링장치의 사시도이다.
열교환 커플링장치(100)는 제1몸체(110) 및 제2몸체(120), 유입관들(111,121), 나선튜브(113,123), 유출관들(112,122), 펠티어 소자층(130)을 포함하며, 도 1의 도면에서는 이러한 열교환 커플링장치(100)의 외관이 개시되어 있다.
도면을 참조하면, 제1몸체(110) 및 제2몸체(120)는 각각 측벽(110a,120a)과 외벽(110b,120b)을 구비하는 대략 사각기둥형 또는 원기둥형의 형상을 가지고 있다. 제1몸체(110) 및 제2몸체(120)의 각각의 측벽(110a,120a)은 서로 대향하여 배치되는데, 측벽은 가급적 두께가 얇고 열전도성이 뛰어난 재질도 형성되는 것이 바람직하다. 도 1에 도시되지는 않았으나, 제1몸체(110) 및 제2몸체(120)는 외벽 및 측벽으로 둘러싸인 내부에 잠열매체(140)를 수용한다.
제1몸체(110)의 외벽(110b)은 유입관(111) 및 유출관(112)과 결합되어 있으며, 제2몸체(120)의 외벽(120b)은 유입관(121) 및 유출관(122)과 결합되어 있다. 제1몸체(110) 및 제2몸체(120)의 유입관(111,121) 및 유출관(112,222)은 제1몸체(110)의 외벽(110b)과 동일 소재로 동시에 형성되어 일체로 제조될 수도 있다.
유입관들(111,121)은 피처리수를 유입받아 몸체들(110,120)의 내부에 주입시키고, 유출관들(112,122)은 피처리수를 몸체들(110,120)의 외부로 유출시킨다.
그리고, 제1몸체(110)와 제2몸체(120)의 사이에는 펠티어 소자층(130)이 개재되어 있다.
도 2는 펠티어 소자층(130)을 설명하기 위한 개념도이다.
펠티어 소자층(130)은, 제1몸체(110)와 제2몸체(120)의 사이에 개재되어 제1몸체(110)로부터 제2몸체(120)로 열을 전달하는 층이다. 더욱 상세하게는, 펠티어 소자층(130)은 제1몸체의 측벽(110a)으로부터 열을 흡수하여 제2몸체의 측벽(120a)으로 전달한다.
도 2의 펠티어 소자층(130)은 본 발명의 열교환 커플링장치에 사용될 수 있는 일례를 도시한 것이며, 도 2와 다른 구조의 펠티어 소자층도 당연히 사용될 수 있음에 유의해야 한다.
펠티어 소자층(130)의 중앙부에는 SiO2 및/또는 SiNx 등으로 이루어진 제1절연층(131)내에 P형 반도체(132) 및 N형 반도체(133)가 교번적으로 배열되어 있다. 교번적으로 배열된 P형 반도체(132) 및 N형 반도체(133)는, 배선전극층(134a)에 의하여 전기적으로는 직렬로, 열적으로는 병렬로 되도록 π형으로 연결한 모듈의 형태를 이룬다. P형 반도체(132) 및 N형 반도체(133)의 재료는 통상적으로 Bismuth-Telluride, Antimony-Telluride, 또는 이들의 고용체로 형성될 수 있다.
중앙부의 제1절연층(131)의 좌측과 우측에는 제2절연층(134)이 적층되어 있다. 제1절연층(131)과 제2절연층(134)의 사이에는, 교번적으로 배열된 P형 반도체(132) 및 N형 반도체(133)를, 전기적으로는 직렬로 열적으로는 병렬로 되도록 π형으로 연결한 배선전극층(134a)가 개재되어 있다. 배선전극층(134a)는 구리 또는 은 등의 도전성이 우수한 재료가 사용되는 것이 바람직하다.
제2절연층(134)상에서 반도체(132,133)의 반대편측에는, Al2O3, ALN, BeO, SiO2, SiNx 등의 재료로 형성되는 보호기판(135)이 배치될 수 있다.
도 2와 같이, 배선전극층(134a)에서 P형 반도체(132) 측에는 (-)전압이 인가되고, 그와 대향하는 π형 배선전극층(134a)의 N형 반도체(133) 측에는 (+)전압이 인가된다. 이로써, 도 2의 화살표와 같이, 좌측의 보호기판(135)으로부터는 열이 흡수되고, 우측의 보호기판(135)을 향하여는 열이 방출된다. 만약, 배선전극층(134a)이 도 2의 배열과 영상반전된 모습인 경우에는 열의 이동방향이 도 2의 화살표와는 반대로 된다.
이와 같이 펠티어 소자층(130)에 +전압 전원 및 -전압 전원이 공급되면 P형 반도체(132)와 N형 반도체(133)의 일단측과 타단측 사이에 온도차가 발생한다.
펠티어 소자층(130)은 직류전원의 공급으로 냉각, 가열, 항온 및 발전을 동시에 이룰 수 있어 열과 전기의 간편한 교환이 가능하다. 펠티어 소자는 펠티어 효과(Peltier Effect; 이종 재료의 양단에 직류 전류를 흘려주면 일측은 흡열작용을 하고 타측은 발열작용을 함으로써 일측으로부터 타측을 향하여 열이 이동되는 열 전달효과)를 이용하는 소자로서, 동적인 부분이 없는 소형 고체식 히트펌프(Solid State Heat Pump)이다.
펠티어 소자는 냉매순환식 냉각방식과 달리 기계적인 작동 부분이 필요 없으며, 서로 다른 P형 반도체 소자와 N형 반도체 소자를 이용하여 모듈을 구성한 후 여기에 직류전류를 흘려주면 펠티어 효과(Peltier Effect)에 의한 펠티어 소자 양잔의 흡열 및 발혈 현상에 의해 온도 제어가 가능한 고체 냉각/가열 방식을 가능케 하는 소자이다. 따라서, 펠티어 소자는 공간적으로 제한이 있어 슬림형의 온도 조절제품을 제조할 필요가 있을 경우, 또는 프레온 냉매(CFC) 등의 많은 부피를 차지하는 냉매를 쓰지 않고 온도 조절제품을 제조할 필요가 있을 경우에 특히 유용하다.
펠티어 소자는 일측과 타측의 온도를 -75℃ ~ +300℃까지 조절할 수 있으므로, 종래의 화석연료 및 냉매를 이용한 장치에 비하여 열교환성능이 뒤떨어지지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 커플링장치의 투시 사시도로서, 도 1의 외벽을 투명처리한 도면이다.
유입관들(111,121)은 피처리수를 유입받아 몸체들(110,120)의 내부에 주입시킨다. 유입관들(111,121)을 통해 유입된 피처리수는 소정의 튜브 또는 배관(113)을 통해 몸체들(110,120)의 내부에서 열교환작용을 거친 후에, 유출관들(112,122)을 통하여 몸체들(110,120)의 외부로 유출된다.
일 실시예에 있어서, 도 3과 같이, 각각의 몸체(110,120)의 내부에는, 각각의 유입관(111,121)으로부터 유입된 피처리수가 흐르는 유로가 나선형을 이루도록 감겨있는 적어도 하나의 나선튜브(113,123)가 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 커플링장치의 투시 단면도로서, 열교환 커플링장치의 우측에서 본 투시 단면도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 커플링장치의 절단 단면도로서, 열교환 커플링장치의 중앙 단부를 절단한 단면도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1몸체(110)의 외벽(110b)은 유입관(111) 및 유출관(112)과 결합되어 있으며, 제2몸체(120)의 외벽(120b)은 유입관(121) 및 유출관(122)과 결합되어 있다. 유입관들(111,121)은 피처리수를 유입받아 몸체들(110,120)의 내부에 주입시키고, 유출관들(112,122)은 피처리수를 몸체들(110,120)의 외부로 유출시킨다. 그리고, 유입관들(111,121)과 유출관들(112,122)의 사이에는 각각의 유입관(111,121)으로부터 유입된 피처리수가 흐르는 유로가 나선형을 이루도록 감겨있는 적어도 하나의 나선튜브(113,123)가 배치될 수 있다. 제1몸체(110)는 제1나선튜브(113)를 내포하고, 제2몸체(120)는 제2나선튜브(123)를 내포한다. 제1나선튜브 및 제2나선튜브는 그 단면이 동심원의 형상을 가지는 것이 바람직하다.
나선튜브(113,123)는 플라스틱 또는 테프론 튜브와 같이 유연성 및 내열성을 구비한 재료로 이루어질 수도 있고, 유리 또는 금속 재질로 이루어질 수도 있다.
또한, 각각의 몸체들(110,120) 내에서 나선튜브의 외표면과 몸체들의 내벽 사이의 공간에는, 잠열매체(140)가 채워져 있다. 잠열매체(140)는, 나선튜브(113,123)의 외표면과 몸체의 측벽(110a,120a) 및 외벽(110b,120b) 사이의 공간에 가득 채워지는 것이 바람직하다. 잠열매체(140)는 나선튜브(113,123)의 외표면과 접촉하여 나선튜브(113,123)로부터 열을 빼앗거나 공급받는다.
도 5의 단면도에서 볼 수 있는 것과 같이, 유입관(111,121)으로부터 유입된 피처리수는 나선튜브(113,123)내에서 빠른 속도로 회전하면서 잠열매체(140)에 열 을 공급하거나 잠열매체(140)로부터 열을 공급받는다. 특히, 나선튜브(113,123)가 그 단면이 동심원의 형상을 이루는 경우에는, 고속으로 회전하는 피처리수에 와류현상이 발생하면서 피처리수가 자체회전하면서 진행하는 현상도 발생하기 때문에, 짧은 시간동안에 넓은 표면적에 걸쳐 잠열매체(140)와 열교환 작용을 수행하는 것이 가능하다.
좌측의 제1몸체(110)는 냉각용 몸체이고 우측의 제2몸체(120)는 가열용 몸체라고 가정하면, 펠티어 소자층(130)이 좌측의 제1몸체의 측벽(110a)으로부터 열을 빼앗아 우측의 제2몸체의 측벽(120a)을 향해 열을 공급한다. 좌측의 제1몸체(110)의 잠열매체(140)는 화살표와 같이 펠티어 소자층(130)으로 열을 공급하면서 자신의 잠열을 소비한다. 그러나, 그 소비된 잠열에 비례하는 만큼 나선튜브(113)내의 피처리수로부터 열을 빼앗아 잠열을 유지한다. 따라서, 제1몸체(110)의 나선튜브(113)내에 흐르는 피처리수의 온도가 강하된다.
반대로, 우측의 제2몸체(120)의 잠열매체(140)는 화살표와 같이 펠티어 소자층(130)으로부터 열을 공급받아 자신의 잠열을 증가시킨다. 그러나, 그 증가된 잠열에 비례하는 만큼 나선튜브(123)내의 피처리수에게 열을 공급하여 잠열을 유지한다. 따라서, 제2몸체(120)의 나선튜브(123)내에 흐르는 피처리수의 온도가 상승한다.
이러한, 열교환 작용이 원활이 이루어지기 위하여는, 제1몸체의 측벽(110a) 및 제2몸체의 측벽(120a)은 각각의 외벽(110b,120b)보다도 열전도율이 높고 두께가 얇은 것이 바람직하다.
그리고, 잠열매체(140)로 채택될 수 있는 재료로는 황산나트륨10수화물(망초), 파라핀, 지방산, 초산염, 열매체유 중의 적어도 하나가 채택될 수 있다. 잠열매체는 단위부피/무게당 축열용량, 즉 에너지 저장밀도가 커야 하고, 증기압이 작아야 하며, 열전도도가 커야 한다. 또한, 잠열매체는 상변화에 따른 부피변화가 작아야 한다. 잠열매체는 온도의 급격한 변화를 방지할 수 있는 버퍼링 역할을 할 수 있다. 또한, 잠열매체를 경유하여 열교환을 수행하면, 통상적인 물의 현열을 이용한 열교환 장치에 비하여 장치의 부피를 최소한 1/8 미만으로 감소시킬 수 있게 된다.
통상적인 물의 현열을 이용한 열교환 장치는 온수저장용 물탱크를 필요로 하며, 급격한 온도 변화에 민감하여 물탱크에 담긴 온수가 다 소비되면 더 이상 온수를 제공하지 못하는 단점이 있으나, 본 발명에 따른 열교환 커플링장치(100)에 의하면 장치의 부피 및 무게를 현저히 감소시킬 수 있음은 물론, 물탱크에 온수를 저장하지 않고 공급되는 피처리수를 즉각적으로 가열 또는 냉각하여 출력시킬 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 열교환 커플링장치(100)에서, 나선튜브(113,123)가 그 단면이 동심원의 형상을 이루는 경우에는, 고속으로 회전하는 피처리수에 와류현상이 발생하면서 짧은 시간동안에 넓은 표면적에 걸쳐 잠열매체(140)와 열교환 작용을 수행할 수 있으므로, 물탱크 없이 즉각적인 가열 또는 냉각이 이루어져도 짧은 시간동안에도 충분한 열교환 작용이 이루어질 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 열교환 커플링장치를 구비한 일 실시예의 슬림형 냉온수공급용 정수기(200)의 개략적인 블록도이다. 도 6에 도시된 슬림형 냉온 수공급용 정수기(200)는 정수필터부(150), 소형정수탱크(160), 살균부(170), 열교환 커플링장치(100)로 이루어진다. 열교환 커플링장치를 구비한 슬림형 냉온수공급용 정수기(200)는, 통상적인 냉온수공급용 정수기와 비교하여 냉수/온수 저장용 탱크가 존재하지 않으며, 가열장치 및 냉각장치가 별도로 존재할 필요가 없으므로 정수기 전체의 부피를 크게 줄일 수 있어 슬림형으로 제조하는 것이 가능하다.
도 6에 도시된 것과 같이, 피처리수 공급용 배관(105)으로부터 공급된 피처리수는 정수필터부(150)에서 정수여과작용을 거친 다음, 소형정수탱크(160)에 저장된다. 소형정수탱크(160)는 열교환 커플링장치(100)에 공급할 피처리수가 끊김 없이 원활히 공급되도록 하기 위한 일시적인 저장고이며, 온수/냉수를 저장하기 위한 탱크와는 다르다. 그리고, 피처리수는 살균필터를 구비한 살균부(170)에서 살균정화작용을 거친 다음 열교환 커플링장치(100)의 유입관들(111,121)로 공급된다. 열교환 커플링장치(100)는 상기 설명한 바와 같이, 적어도 한 쌍의 몸체 사이에서 펠티어 소자층(130)이 일측의 몸체(110)로부터 열을 빼앗아 타측의 몸체(120)로 열을 전달하며, 몸체들(110,120) 내부에서는 나선튜브(113,123)에서 고속으로 회전 및 와류 현상을 거치는 피처리수가 잠열매체(140)와 열교환을 하면서 유출관들(112,122)을 통해 노즐로 배출된다.
한편, 도 7은 본 발명에 따른 열교환 커플링장치를 구비한 다른 일 실시예의 슬림형 냉온수공급용 정수기(300)의 개략적인 블록도이며, 도 8은 도 7의 슬림형 냉온수공급용 정수기(300)의 측부에서 본 블록도이다. 도 7, 도 8에 도시된 슬림형 냉온수공급용 정수기(300)는 정수필터부(150), 소형정수탱크(160), 살균부 (170), 열교환 커플링장치(100)로 이루어진다. 열교환 커플링장치를 구비한 슬림형 냉온수공급용 정수기(300)는, 통상적인 냉온수공급용 정수기와 비교하여 냉수/온수 저장용 탱크가 존재하지 않으며, 가열장치 및 냉각장치가 별도로 존재할 필요가 없으므로 정수기 전체의 부피를 크게 줄일 수 있어 슬림형으로 제조하는 것이 가능하다.
도 7, 도 8에 도시된 것과 같이, 피처리수 공급용 배관(105)으로부터 공급된 피처리수는 정수필터부(150)에서 정수여과작용을 거친 다음, 소형정수탱크(160)에 저장된다. 소형정수탱크(160)는 열교환 커플링장치(100)에 공급할 피처리수가 끊김 없이 원활히 공급되도록 하기 위한 일시적인 저장고이며, 온수/냉수를 저장하기 위한 탱크와는 다르다. 그리고, 피처리수는 살균필터를 구비한 살균부(170)에서 살균정화작용을 거친 다음 열교환 커플링장치(100)의 유입관들(111,121)로 공급된다. 열교환 커플링장치(100)는 상기 설명한 바와 같이, 적어도 한 쌍의 몸체 사이에서 펠티어 소자층(130)이 일측의 몸체(110)로부터 열을 빼앗아 타측의 몸체(120)로 열을 전달하며, 몸체들(110,120) 내부에서는 나선튜브(113,123)에서 고속으로 회전 및 와류 현상을 거치는 피처리수가 잠열매체(140)와 열교환을 하면서 유출관들(112,122)을 통해 노즐(115,125)로 배출된다.
도 6, 7, 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환 커플링장치를 구비한 슬림형 냉온수공급용 정수기(200,300)는, 냉수/온수 저장용 탱크, 가열장치, 냉각장치 등이 별도로 구비될 필요가 없으므로 부피를 줄일 수 있으므로, 벽걸이형으로 제조하는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 열교환 커플링장치 및 이를 구비한 슬림형 냉온수공급용 정수기에 의하면 다음과 같은 효과를 가져올 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 열교환 커플링장치 및 이를 구비한 슬림형 냉온수공급용 정수기는, 나선튜브내에서 짧은 시간에 고속으로 흐르는 피처리수의 온도를 잠열매체를 통해 변환시킬 수 있으므로 피처리수를 냉각 또는 가열한 냉온수 저장용 탱크가 없어도 냉수 또는 온수를 즉시 공급가능하다.
둘째, 일측의 피처리수로부터 열을 빼앗아 타측의 피처리수에게 열을 공급함으로써, 일측의 피처리수를 냉수로 변환시키고 타측의 피처리수를 온수로 변환시킴으로써 낭비하는 에너지를 없애 에너지 이용효율을 극대화할 수 있다.
셋째, 잠열매체를 이용함으로써, 한꺼번에 많은 양의 냉수 또는 온수가 배출되는 경우에도 온도변화의 폭이 감소된다. 따라서, 급격한 온도변화를 방지할 수 있으므로, 항상 적절한 온도의 냉수 또는 온수를 배출하는 열교환 커플링장치 및 이를 구비하는 정수기가 제공될 수 있다.
넷째, 종래의 열교환 장치와 달리, 냉온수 저장용 탱크, 연료주입장치, 히터장치 및 배기가스 배출장치, 압축기, 기화기, 증발기, 히트펌프, 냉매 등이 불필요하므로, 부피 및 무게를 크게 감소시킬 수 있으며, 슬림형으로 제조되는 것도 가능하게 된다.
이상, 도면을 참조한 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되었으나 이는 본 발명을 쉽게 이해하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 한다. 또한, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 목적 및 구성으로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 도출하는 것이 가능하지만, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다는 점을 이해할 것이다.

Claims (7)

  1. 각각 측벽(110a,120a)과 외벽(110b,120b)을 구비하여 잠열매체(140)를 수용하고, 그 각각의 측벽이 서로 대향하여 배치된 제1몸체(110) 및 제2몸체(120);
    피처리수를 유입받아 상기 몸체들의 내부에 주입시키는 유입관들(111,121);
    상기 각각의 몸체내에서, 상기 유입관으로부터 유입된 피처리수가 흐르는 유로가 나선형을 이루도록 감겨있는 적어도 하나의 나선튜브(113,123);
    상기 나선튜브를 통과한 상기 피처리수를 상기 몸체들의 외부로 유출시키는 유출관들(112,122); 및
    상기 제1몸체와 상기 제2몸체의 사이에 개재되고, 상기 제1몸체의 측벽(110a)으로부터 열을 흡수하여 상기 제2몸체의 측벽(120a)으로 전달하는 펠티어 소자층(130)을 포함하고,
    상기 잠열매체(140)는 상기 각각의 몸체들(110,120) 내에 수용되어, 상기 나선튜브의 외표면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 열교환 커플링장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1몸체의 측벽(110a) 및 제2몸체의 측벽(120a)은 각각의 외벽(110b,120b)보다도 열전도율이 높고 두께가 얇은 것을 특징으로 하는 열교환 커플링장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1몸체(110)는 제1나선튜브(113)를 내포하고, 상기 제2몸체(120)는 제2나선튜브(123)를 내포하며,
    상기 제1나선튜브 및 제2나선튜브는 그 단면이 동심원의 형상을 가진 것을 특징으로 하는 열교환 커플링장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나선튜브들(113,123)은 테프론 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환 커플링장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 잠열매체(140)는 상기 각각의 몸체들(110,120) 내에서 상기 나선튜브의 외표면과 상기 몸체들의 내벽 사이의 공간에 채워져 있는 것을 특징으로 하는 열교환 커플링장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 잠열매체(140)는 황산나트륨10수화물(망초), 파라핀, 지방산, 초산염, 열매체유 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환 커플링장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 열교환 커플링장치를 구비한 슬림형 냉온수공급용 정수기.
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KR100889825B1 (ko) * 2007-12-18 2009-03-20 (주)혜원전기 냉온수용 파이프
KR101408236B1 (ko) * 2012-01-20 2014-07-02 박종하 열전달 융합 기술을 이용한 온수 및 냉수 공급 장치
KR20190093401A (ko) * 2018-02-01 2019-08-09 웅진코웨이 주식회사 냉수 및 온수생성장치

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